MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2009/2010
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Tel. +351-22-508 1901
Fax +351-22-508 1446
[email protected]
Editado por
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Rua Dr. Roberto Frias
4200-465 PORTO
Portugal
Tel. +351-22-508 1400
Fax +351-22-508 1440
[email protected]
http://www.fe.up.pt
Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja
mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil 2009/2010 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.
As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o
ponto de vista do respectivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer
responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.
Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo
Autor.
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
À memória de meu padrinho, Manuel António Oliveira,
cujo o exemplo e bondade jamais esquecerei.
“Uma nação vale pelos seus sábios, pelas suas escolas, pelos seu génios,
pela sua literatura, pelos seus exploradores científicos e pelos seus artistas”
Eça de Queirós
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador Professor Alberto Tavares Moreira pela disponibilidade e amizade com que me
acolheu, assim como pela ajuda e seus sábios conselhos, possibilitando momentos únicos de
aprendizagem.
Ao meu avô, pela força e vontade com que tem encarado e conseguido ultrapassar esta fase dura da
sua vida.
Aos meu pais, avós e irmã pelo facto de permitirem chegar até aqui e também pelo apoio ao longo do
meu percurso académico, principalmente nos momentos mais difíceis.
Aos Professores Arlindo Begonha e Madalena Teles pela importante colaboração e ajuda que
dispensaram.
Ao Laboratório de Ensaios de Materiais de Construção e seus funcionários pela cooperação e apoio
prestado, tornando possível a realização de toda a parte experimental.
Ao André Moreira, Décio Mendes e Franciso Marques por nos conhecermos no primeiro dia de
Faculdade e de aí em diante continuarmos a ser como “irmãos”.
Ao meu padrinho João Rodrigo Quintela pelo exemplo e pessoa excepcional que é e sempre será.
À Ana Cristina Magalhães pela sua simplicidade e por ser uma pessoa única.
Ao Manuel Alves, António Caeiro, Paulo Vasconcelos, João Araújo, Bernardo Rocha, João Sampaio e
Marco Santos como amigos admiráveis que são e com quem tive o privilégio de trabalhar e aprender
na AEFEUP. “Juntos somos únicos...”
Ao Manuel Ramos, João Carvalho, Júlio Magalhães, Igor Ribeiro, Mário Maia, Nelson Pião, Luís
Martins, Hugo Oliveira, Ester Silva, Pedro Pinto, Inês Fevereiro, Luís Bessa, André Cardoso, Gustavo
Leoni, Pedro Teixeira e Andreia Freitas por serem a minha segunda família.
À família Caldeira por quem tem tenho um grande carinho e apreço.
Ao Gilberto Gil como ídolo admiravél devido à sua monstruosidade musical, cultural e social,
permitindo com a sua música encontrar ânimo e força para prosseguir este trabalho.
i
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
RESUMO
Com a crescente propagação do uso do betão a partir de meados do século XX, mais afincadamente na
sua segunda metade, este tornou-se o principal material construtivo. Nos últimos anos, os aspectos
ambientais têm sido encarados pelas sociedades com uma preocupação crescente, levando a que
grande parte das indústrias encontrem novas formas de resolver tais problemas.
A indústria da construção tem sido associada de forma negativa a estes novos desafios de
sustentabilidade, em grande parte, devido aos elevados consumos de recursos naturais e também aos
resíduos gerados durante o processo construtivo.
Com a realização do presente trabalho de investigação, pretende-se analisar a viabilidade da
substituição parcial do agregado fino (areia) por saibro em obras correntes de pequenas dimensões.
Este saibro é material que habitualmente tem de ser retirado para que se torne possível realizar as
fundações ou construir os pisos subterrâneos. Caso seja possível aplicar esse material extraído, haverá
uma redução da quantidade de areia necessária, assim como uma redução dos elementos excedentes da
obra (resíduos de construção).
Em Portugal, o processo de valorização dos resíduos gerados pelas indústrias é praticamente
inexistente, podendo no caso específico do betão, essa valorização resultar na aplicação desses
elementos como agregados.
Numa primeira parte, é realizada a caracterização do elemento construtivo betão, onde são focados
com alguma importância os aspetos de durabilidade e analisadas as necessidades de adaptação da
indústria construtiva e da tecnologia do betão aos novos desafios de sustentabilidade.
Seguidamente, são estudados os materiais, com algum destaque para o saibro, onde para além da sua
caracterização física será caracterizado químicamente, com o objectivo de determinar os seus
componentes mineralógicos.
Após a definição dos elementos constituintes, é estudada uma composição de betão, tendo como base
as características correntes encontradas na generalidade das obras, definindo-se também uma
composição alternativa na qual se realiza a incorporação de saibro.
Com estas duas composições de betão, procede-se à realização de um programa experimental onde são
ensaiados aspectos de resistência e de durabilidade.
A existência de alguns elementos finos, conduz a que a composição com saibro apresente maiores
relações água/cimento e uma porosidade ligeiramente superior. Este aspecto leva a que, em alguns dos
resultados, as diferenças comportamentais sejam ligeiras, enquanto que noutras as diferenças se
acentuam. Contudo, este trabalho demostra que existem potencialidades de valorização na
incorporação destes elementos em betões de ligantes hidráulicos.
PALAVRAS-CHAVE: Saibro, valorização, betão, durabilidade, sustentabilidade.
iii
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ABSTRACT
With the increasing spread of the use of concrete from the mid-twentieth century, particularly in the
second half, this has become the main construction material. In recent years, environmental issues
have been faced by societies with a growing concern with the result that most industries find new
ways to solve such problems.
The construction industry has been negatively associated with these new challenges of sustainability,
largely due to high consumption of natural resources and also the waste generated during the
construction process.
With the completion of this research work, it’s intended to analyze the feasibility of partial
replacement of fine aggregate (sand) by clay (residual soil) in current with small dimension works.
This clay material normally have to be removed to make it possible to build the foundations or
underground floors. If the extracted material can be applied, will be a reduction of the amount of sand
needed, as well as a reduction in excess of the work elements (construction waste).
In Portugal, the recovery process of waste generated by industry is virtually nonexistent. In case of
concrete, these values results in the application of these elements as aggregates.
In the first part is performed to characterize the concrete building element, where they are focused
with some important aspects of the durability and analyzed the requirements for constructive industry
and technology of concrete to the new challenges of sustainability.
Hereafter, the materials will be studied, with some emphasis on some clay, where in addition to its
physical characterization is characterized chemically, in order to determine their mineralogical
components.
After the definition of the constituents is studied a concrete composition, based on the characteristics
found in most of the current works also defining an alternative composition which takes place in the
incorporation of these clay.
With these two compositions of concrete comes to the realization of an experimental program where
aspects are tested for strength and durability.
The existence of fine elements, leading to the clay composition to provide greater water / cement ratio
and a slightly higher porosity. This means that results in some of the behavioral differences are slight,
whereas the other differences are highlighted. However, this work demonstrates that there is potential
for recovery in the incorporation of these elements in concrete of hydraulic binders.
KEYWORDS: Clay (residual soil), recovery, concrete, durability, sustainability.
v
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ÍNDICE GERAL
AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i
RESUMO ................................................................................................................................. iii
ABSTRACT ............................................................................................................................................... v
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................1
1.1. NOTA INTRODUTÓRIA ...................................................................................................................... 1
1.2. JUSTIFICAÇÃO DO TEMA ................................................................................................................. 2
1.3. OBJECTIVOS DO TRABALHO ........................................................................................................... 3
1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................................................ 4
2. ESTADO DA ARTE ........................................................................................................5
2.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 5
2.2. CIMENTO PORTLAND ....................................................................................................................... 5
2.2.1. HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND ............................................................................................... 6
2.3. ESTRUTURA INTERNA DO BETÃO ................................................................................................... 7
2.3.1. FASE SÓLIDA .................................................................................................................................... 7
2.3.2. FASE LÍQUIDA ................................................................................................................................... 8
2.3.3. FASE POROSA .................................................................................................................................. 9
2.4. MECANISMOS DE TRANSPORTE .................................................................................................... 11
2.4.1. PERMEAÇÃO ................................................................................................................................... 12
2.4.2. SUCÇÃO CAPILAR ........................................................................................................................... 13
2.4.3. DIFUSÃO ........................................................................................................................................ 14
2.4.4. ANÁLISE DOS MECANISMOS DE TRANSPORTE ................................................................................... 14
2.5. ADIÇÕES MINERALÓGICAS............................................................................................................ 18
2.5.1. PROBLEMAS ACTUAIS E DESAFIOS DE SUSTENTABILIDADE ................................................................ 19
3. PARTE EXPERIMENTAL.......................................................................................23
3.1. SUMÁRIO DO PROGRAMA EXPERIMENTAL ................................................................................... 23
3.2. MATERIAIS ...................................................................................................................................... 24
3.2.1. CIMENTO ........................................................................................................................................ 24
3.2.2. AGREGADOS................................................................................................................................... 25
vii
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
3.2.2.1. Areia ......................................................................................................................................... 25
3.2.2.2. Brita 1 (Fina) ............................................................................................................................. 27
3.2.2.3. Brita 2 (Grossa) ........................................................................................................................ 29
3.2.3. ADIÇÃO MINERALÓGICA .................................................................................................................. 30
3.2.3.1. Análise Granulométrica ............................................................................................................ 31
3.2.3.2. Análise Mineralógica ................................................................................................................ 36
3.3. PROPRIEDADES DA MISTURA ....................................................................................................... 37
3.3.1. CONSIDERAÇÕES E DISPOSIÇÕES NORMATIVAS............................................................................... 37
3.3.2. CURVA DE REFERÊNCIA DE FAURY .................................................................................................. 40
3.3.3. PERCENTAGEM DE AREIA SUBSTITUÍDA ........................................................................................... 42
3.3.4. QUANTIDADE DE ÁGUA ................................................................................................................... 42
3.4. EXECUÇÃO, MOLDAGEM E CURA DOS PROVETES ..................................................................... 44
3.5. ESTADO ENDURECIDO .................................................................................................................. 46
3.5.1. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ........................................................................................................ 46
3.5.1.1. Ensaio ....................................................................................................................................... 46
3.5.2. ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE........................................................................................ 47
3.5.2.1. Ensaio ....................................................................................................................................... 51
3.5.3. ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO ................................................................................................ 52
3.5.3.1. Ensaio ....................................................................................................................................... 53
3.5.4. PENETRAÇÃO DE CLORETOS........................................................................................................... 54
4. RESULTADOS, ANÁLISE E DISCUSSÃO .......................................... 57
4.1. ADIÇÃO MINERALÓGICA ............................................................................................................... 57
4.2. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ..................................................................................................... 58
4.3. ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE ................................................................................. 59
4.3.1. VALIDAÇÃO E CORRECÇÃO DE RESULTADOS ................................................................................... 63
4.4. ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO ........................................................................................... 64
5. CONCLUSÕES................................................................................................................ 67
5.1. SÍNTESE ......................................................................................................................................... 67
5.2. CONSIDERAÇÕES FINAIS .............................................................................................................. 67
5.3. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ................................................................................................... 68
viii
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................71
Anexos ......................................................................................................................................... A.1
ANEXO A – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA, MASSA VOLÚMICA E ABSORÇÃO DE ÁGUA DOS
AGREGADOS ........................................................................................................................................ A.3
ANEXO A.1 – AREIA............................................................................................................................. A.5
ANEXO A.2 – BRITA 1 (FINA) ............................................................................................................... A.7
ANEXO A.3 – BRITA 2 (GROSSA) ........................................................................................................ A.9
ANEXO A.4 – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DO SAIBRO .................................................................... A.11
ANEXO B – DIFRACÇÃO RAIOS X ................................................................................................... A.13
ANEXO B.1 – FRACÇÃO < 2µm, PREPARAÇÃO ORIENTADA SECA AO AR (NORMAL)...................... A.15
ANEXO B.2 – FRACÇÃO < 2µm, SATURADA COM GLICOL ............................................................... A.17
ANEXO B.3 – FRACÇÃO < 2µm, PREPARAÇÃO DESORIENTADA ..................................................... A.19
ANEXO B.4 – FRACÇÃO < 2µm, AQUECIDA A 490ºC ...................................................................... A.21
ANEXO C – ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ................................................................. A.23
ANEXO C.1 – FICHA DE ENSAIO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AOS 7 DIAS ............................ A.25
ANEXO C.2 – FICHA DE ENSAIO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AOS 28 DIAS .......................... A.27
ANEXO D – ENSAIO DE ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE .............................................. A.29
ANEXO D.1 – FICHA DE ENSAIO - PROVETES NORMAIS .................................................................. A.31
ANEXO D.2 – FICHA DE ENSAIO - PROVETES ALTERADOS ............................................................. A.33
ANEXO D.3 – VARIAÇÕES ENTRE AS PESAGENS ............................................................................. A.35
ANEXO D.4 – CORRECÇÃO ESTATÍSTICA ......................................................................................... A.37
ix
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
x
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 2.1 – Produtos de hidratação e descrição das fases de hidratação ................................................. 7
Fig. 2.2 – Representação de certos tipos de água existente nos cristais de Silicato de Cálcio
Hidratado (C-S-H)..................................................................................................................................... 9
Fig. 2.3 – Modelo simplificado da estrutura porosa do cimento............................................................. 10
Fig. 2.4 – Modelo de transporte de água no 1º Estádio ......................................................................... 15
Fig. 2.5 – Transferência por filme (2º Estádio): Modelo de curto-circuito .............................................. 16
Fig. 2.6 – Modelo de transporte de água no 3º Estádio ......................................................................... 17
Fig. 2.7 – Modelo de transporte de iões no 3º Estádio .......................................................................... 17
Fig. 3.1 – Curva de distribuição granulométrica da areia ...................................................................... 27
Fig. 3.2 – Curva de distribuição granulométrica da brita 1 (Fina) .......................................................... 28
Fig. 3.3 – Curva de distribuição granulométrica da brita 2 (Grossa) ..................................................... 30
Fig. 3.4 – Saibro após extracção............................................................................................................ 30
Fig. 3.7 – Esquartelamento do material ................................................................................................. 32
Fig. 3.8 – Porção da amostra separada no peneiro de 2,00 mm........................................................... 32
Fig. 3.9 – Lavagem do material retido no peneiro de 2,00 mm ............................................................. 33
Fig. 3.10 – Material retido e passado no peneiro de 2,00 mm após nova secagem ............................. 33
Fig. 3.11 – Copo de precipitação com a mistura, em fase de repouso.................................................. 34
Fig. 3.12 – Material retido no peneiro de 0,063 mm .............................................................................. 34
Fig. 3.13 – Curva de distribuição granulométrica da adição mineralógica ............................................ 35
Fig. 3. 14 – Composição do Betão – Método de Faury ......................................................................... 41
Fig. 3.15 – Ensaio de abaixamento do cone Cone de Abrahms............................................................ 43
Fig. 3.16 – Amassadura do betão .......................................................................................................... 44
Fig. 3.17 – Vibração do betão ................................................................................................................ 45
Fig. 3. 18 – Cilindros (esquerda) e cubos (direita), no estado fresco .................................................... 45
Fig. 3. 19 – Cinemática de absorção capilar .......................................................................................... 50
Fig. 3. 20 – Qualidade do betão em função do coeficiente de absorção S ........................................... 51
Fig. 3. 21 – Medição da altura capilar numa das faces do provete cilíndrico ........................................ 52
Fig. 3.22 – Processo anódico e catódico na corrosão ........................................................................... 54
Fig. 3.23 – Corrosão da armadura por “picadas” causada por cloretos ................................................ 55
Fig. 4.1 – Comparação entre as curvas de distribuição granulométrica da areia e da adição
mineralógica ........................................................................................................................................... 57
xi
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 4.2 – Resultados da absorção de água por capilaridade ao longo do tempo
(todos os provetes) ................................................................................................................................ 60
Fig. 4.3 – Resultados da absorção de água por capilaridade ao longo do tempo (valores médios) .... 60
Fig. 4.4 – Resultados para a franja capilar (todos os provetes) ............................................................ 62
Fig. 4.5 – Resultados para a franja capilar (valores médios) ................................................................ 63
Fig. Anx1 – Resultados da absorção de água por capilaridade ao longo do tempo ......................... A. 37
Fig. Anx2 – Relações percentuais e regressões lineares ................................................................. A. 38
xii
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 2.1 – Composição do clínquer Portland ...................................................................................... 6
Quadro 2.2 – Distribuição de tamanho dos poros e fissuras ................................................................. 11
Quadro 3.1 – Composição do núcleo de cimento .................................................................................. 24
Quadro 3.2 – Características químicas do cimento ............................................................................... 24
Quadro 3.3 – Resistência à compressão do cimento ............................................................................ 25
Quadro 3.4 – Características físicas do cimento ................................................................................... 25
Quadro 3.5 – Areia: Massa volúmica e Absorção de água .................................................................... 26
Quadro 3.6 – Distribuição granulométrica da areia................................................................................ 26
Quadro 3.7 – Brita 1: Massa volúmica e Absorção de água .................................................................. 27
Quadro 3.8 – Distribuição granulométrica da brita 1 (Fina) ................................................................... 28
Quadro 3.9 – Brita 2: Massa volúmica e Absorção de água .................................................................. 28
Quadro 3.10 – Distribuição granulométrica da brita 2 (Grossa) ............................................................ 29
Quadro 3.11 – Distribuição granulométrica da adição mineralógica ..................................................... 35
Quadro 3.12 – Características adoptadas e exigências normativas...................................................... 38
Quadro 3.13 – Definição dos parâmetros de Faury ............................................................................... 38
Quadro 3.14 – Distribuição granulométrica da mistura .......................................................................... 41
Quadro 3.15 – Quantidade de água e relação água/cimento ................................................................ 43
Quadro 4.1 – Resultados da resistência à compressão dos provetes cúbicos aos 7 dias .................... 58
Quadro 4.2 – Resultados da resistência à compressão dos provetes cúbicos aos 28 dias .................. 58
Quadro 4.3 – Raio médio das composições consideradas .................................................................... 63
Quadro 4.4 – Resultados do ensaio de absorção de água por imersão à pressão atmosférica ........... 64
Quadro Anx1 – Relação percentual entre o provete A1 e os provetes A2 e A3 ................................ A.37
Quadro Anx2 – ordenada em funçaõ das regressões lineares para t=3h ......................................... A.38
Quadro Anx3 – Média das estimativas para t=3h .............................................................................. A.38
xiii
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
xiv
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
Notações Escalares Latinas (Maiúsculas):
A – Valor da absorção de água por imersão à pressão atmosférica (%)
A – Área (m²)
A - Constante relacionada com a água absorvida (mg/mm²)
A c - (Kg/m² ou mg/mm²)
Ac - Área da secção transversal (mm²)
C.../... – Classe de resistência do betão
D – Dimensão máxima do agregado (mm)
D - Coeficiente de difusão (m 2 .s −1 )
F – Carga (N)
H – Altura de água (m)
J - Velocidade de transporte de massa (g.s −1 .m −2 )
K – Coeficiente de permeabilidade (m/s)
L – Caminho percorrido (m)
L - Comprimento da altura de sucção do líquido
Q – Caudal (m³/s)
S... – Classe de abaixamento
S - Coeficiente de absorção (mg/mm².min 0,5 )
Tipo I – Adições quase inertes
Tipo II – Adições pozolânicas ou hidráulicas latentes
V – Velocidade de circulação da água (m/s)
WA₂₄ - Absorção de água, após 24 horas de imersão (%)
XC2 – Classe de exposição ambiental: Corrosão induzida por carbonatação
YDi - Ordenada de característica de Faury
Fórmulas químicas:
C₂S – Silicato bicálcico
C₃S – Silicato tricálcico
C₃A – Aluminato tricálcico
xv
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
C₄AF – Aluminoferrato tetracálcico
CaO – Óxido de cálcio
Ca(OH)₂ - Hidóxido de cálcio
CaSO₄2H₂O – Gesso
CSH – Silicato de cálcio hidratado
Cl⁻ – Ião cloreto
Fe²⁺ – Ião ferro (II)
H₂O – Água
O₂ – Oxigénio
OH⁻ – Ião oxidrilo
SO₃ – Sulfatos
Notações Escalares Latinas (Minúsculas):
dc
−3
– Gradiente de concentração c (g.m ), ao longo da espessura e (m).
de
e⁻ – Electrão
fc – Resistência à compressão (MPa)
fckcubo – Valor característico da resistência à compressão (MPa)
i - Gradiente de pressão hidráulica (m/m)
i – Quantidade de água absorvida (mg/mm²)
p – Pressão (g)
r – Raio médio dos poros(mm)
t – Tempo (seg ou min)
Notações Escalares Gregas:
γ - Viscosidade cinemática da água (g/mm)
- Massa volúmica do material impermeável das partículas (Mg/m³)
- Massa volúmica das partículas secas (Mg/m³)
- Média da massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca (Mg/m³)
υ v - Volume de vazios (L)
ρ - Peso específico da água (g/mm³)
xvi
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
η - Viscosidade do líquido (g.s/mm²)
Abreviaturas:
A – Água (L/m³)
A/C – Água/Cimento
ASTM – American Society for Testing and Materials
BET – (Brunauer, Emmet e Teller)
C – Cimento (Kg/m³)
CEM I – Cimento Portland
CEM II/B-L 32,5N – Cimento Portland de calcário (Classe de Resistência 32,5N)
EN – European standards
HR – Humidade relativa
LEMC – Laboratório de Ensaio de Materiais de Construção
LENEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil
MB – Azul de Metileno
MF – Módulo de Finura
NP – Norma Portuguesa
RCD - Redíduos de Construção e Demolição
SE – Equivalente de Areia
SECIL – Sociedade de Empreendimentos Comerciais e Industriais, Lda.
xvii
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
1
INTRODUÇÃO
1.1. NOTA INTRODUTÓRIA
O Betão apresenta-se como material construtivo há milhares de anos. Através da mistura de argila ou
argila margosa com areia, cascalho e água chegar-se-ia, ainda que de uma forma primária, à
descoberta de um dos materiais de construção mais utilizados em todo o mundo (Stanley, 1982). Com
a formação, crescimento e vigor do império Romano, as questões construtivas, ora ligadas à
engenharia militar ora à engenharia arquitectónica, foram alvo de evoluções extraordinárias levando,
no caso específico do betão, a que se iniciasse a aplicação de um novo ligante através da mistura de
pozolana natural com cal aérea. Inicia-se assim a generalização da sua aplicabilidade. No entanto, seria
ainda necessário colmatar a sua deficiente resistência à tracção, o que não seria conseguido de forma
imediata (Appleton, 2005). No século XVIII, são dados novos passos realmente significativos, com a
aprovação da patente do cimento Portland, conseguindo-se finalmente, passadas algumas décadas,
encontrar a forma das estruturas suportarem as acções de tracção, nascendo assim o betão armado,
para além das progressivas melhorias no desempenho deste “novo ligante”.
Este casamento entre o betão e o aço corresponde a um passo magnificente e único para a construção,
pois tornou-se possível adquirir as formas arquitetónicas pretendidas, garantindo uma excelente
capacidade resistente.
O aprofundamento contínuo do estudo do betão levou a que a resistência às forças solicitantes
deixasse de ser a única problemática do betão podendo-se assim partir para a análise de novos aspectos
comportamentais. A somar a isto, alguns anos após o início da proliferação do uso do betão armado,
começa-se a notar que algumas das estruturas existentes iniciam processos de degradação
excessivamente acelerados, diminuindo as suas capacidades de desempenho e levando, em certos
casos, ao aparecimento de acidentes estruturais. Perante todo este conjunto de ocorrências, tornou-se
imperativo focalizar os esforços noutras propriedades, surgindo assim o conceito de durabilidade
(Coutinho, 1998).
Inicia-se assim, e de uma forma cada vez mais preponderante, a abordagem das características
relacionadas com o transporte de substâncias através do betão, nomeadamente daquelas que lidam com
a penetração de agentes agressivos, pois o desempenho associado à vida útil das construções traz
implicações não só de importância estrutural mas também de cariz económico, de exigências de
funcionalidade e até de aspectos urbanístico-sociais.
Para além da exigência de verificar e respeitar condições de serviço, de acordo com as características a
que o betão se encontrará sujeito, a compreensão do modo de acção dos agentes agressivos levou à
iniciativa de incorporar algumas partículas que permitissem corrigir tais debilidades. Chega-se assim à
1
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
melhoria das propriedades através da incorporação de adições, levando a um aumento da qualidade
dos elementos construtivos.
Estes contínuos processos e melhorias são o exemplo claro de que o sector da construção tende a
adaptar as suas orientações às necessidades que vão surgindo. Nos tempos de hoje, a sustentabilidade
tem sido escalpelizada entre as mais diversas áreas nas sociedades desenvolvidas, tentando assim
alcançar um equilíbrio, o mais proporcionado possível, entre os aspectos ambientais, económicos,
sociais e culturais.
1.2. JUSTIFICAÇÃO DO TEMA
A indústria da construção civil é uma das maiores, senão a maior, geradora de resíduos em toda a
sociedade, para além de ser responsável pelo consumo de uma parte substancial dos recursos naturais
extraídos. No entanto, este sector tem vindo a consciencializar-se relativamente a estes factos, de uma
forma cada vez mais imperativa, tentando apresentar condições e processos técnicos que possibilitem
conciliar o progresso e o ambiente. Assim sendo, a sustentabilidade na construção leva a que tanto os
materiais, como os próprios processos construtivos se apresentem em contínua evolução (Pinto et al.,
2001).
O betão, sendo o principal material construtivo, não é excepção a estas preocupações, podendo a sua
contribuição para uma construção mais sustentável ser operada através da substituição (parcial ou até
total) de alguns dos seus componentes habituais. Estes últimos podem ser elementos excedentes tanto
da indústria da construção como até de outros sectores. Esta abordagem permite uma diminuição dos
impactes ambientes, pois reduz o volume de resíduos excedentes, possibilitando também a prevenção
dos recursos minerais não renováveis. (Gomes et al., 2004)
As fontes de agregados finos naturais encontram-se no limiar das suas capacidades. Portanto, a
tecnologia do betão deverá tentar acautelar, racionalizar e reduzir a aplicação deste bem que, cada vez
mais, vai escasseando. Como estes componentes naturais podem ser utilizados aquando da sua
extração, tornou-se necessário definir determinadas exigências para que estes elementos possam ser
aplicados para a produção de betão (Almeida et al., 2004).
A limitação do teor de argila é uma das especificações técnicas exigidas, pois alguns dos seus minerais
constituintes interferem nas reacções de hidratação do ligante, através da ocupação de algumas partes
da superfície das partículas do cimento (Coutinho, 1997a). O critério habitualmente usado para
dissociar o material argiloso do restante baseia-se numa análise puramente dimensional, através do uso
de um peneiro com 75 µm, o que pode conduzir a uma associação parcialmente deturpada entre o
tamanho das partículas e seus efeitos perniciosos, pois estes últimos resultam apenas das
características químicas.
Por sua vez, na generalidade do território Português, existem zonas onde as camadas superficiais ou as
imediatamente subjacentes à camada de terra vegetal, que será alvo de uma decapagem e remoção de
alguns centímetros caso exista, apresentam solos de partículas não consolidadas com características
aparentemente semelhantes às partículas finas da areia natural ou até misturadas com a própria areia.
Um exemplo claro de níveis com estas particularidades é o saibro, que muitas vezes tem de ser
removido durante a fase de pré-construção para que posteriormente seja possível construir as
fundações e pisos subterrâneos. Estes materiais extraídos, normalmente, são levados para vazadouro
implicando assim, para além dos encargos económicos associados ao transporte dos detritos, um
aumento do volume de entulho existente.
2
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Pretende-se no presente trabalho estudar a viabilidade de aplicação do saibro corrente em substituição
parcial da areia natural como constituinte do betão. Este solo será, aparentemente, material
excedentário do terreno onde se pretende edificar. Caso seja possível substituir parte da areia por este
material, obter-se-á de imediato uma redução dos custos directos da obra. Outras vantajens são a
diminuições dos impactes ambientais, em paralelo com uma maior harmonização geral do processo
construtivo.
O betão na sua essência é um elemento puramente estrutural, como tal a apreciação das tensões
suportadas é uma característica primordial e de abordagem obrigatória. Porém, nos tempos de hoje, a
indústria da construção, quando estamos perante o uso do betão, foca a sua atenção muito para além
dos seus parâmetros de resistência. Assim sendo, alguns dos aspectos de durabilidade que se
relacionam directamente com desempenhos decisivos, tanto a curto como a longo prazo, merecem ser
examinados com algum detalhe. Estas exigências têm requerido um estudo e uma apreciação cada vez
mais rigorosos, pois, quando tal desempenho não é suficiente, os encargos com a manutenção e
reabilitação apresentam-se extremamente onerosos, para além dos problemas estruturais e
condicionantes sociais.
Apresenta-se de supra importância a modelação dos fenómenos que, em associação com o meio
envolvente, permitem avaliar a interação entre a passagem através do betão de gases, vapor e líquidos
com a deterioração do betão. Deste modo, é possível proceder a um estudo relativo às características
que permitem definir e quantificar os diversos processos de transporte através do betão.
A presente pesquisa pretende analisar, comparativamente a um betão tido como normal, um outro que
foi alterado através da substituição parcial da areia por saibro. Executam-se, para além dos ensaios de
resistência à compressão, alguns ensaios que possibilitam analisar o seu comportamento em relação ao
transporte de substâncias através da sua estrutura, visando assim a análise dos aspectos de
durabilidade.
1.3. OBJECTIVOS DO TRABALHO
O objectivo geral deste trabalho visa a determinação da influência da substituição parcial de areia
natural por saibro, nas principais propriedades físicas do betão, tendo em conta a sua utilização em
algumas obras estruturais de pequena dimensão.
Os objectivos específicos passam por:
− Determinar as características do saibro utilizado, em substituição de parte da areia, através da
definição de algumas características físicas e mineralógicas analisando as suas consequências no
comportamento do betão;
− Analisar e alertar para a necessidade da racionalização dos processos da indústria construtiva, mais
concretamente na importância da gestão cuidada dos recursos naturais de forma a constituir
metodologias e técnicas mais sustentáveis;
− Avaliar a existência de diferenças significativas entre o betão normal (tido como referência) e a nova
composição proposta, através da avaliação das propriedades relacionadas com o transporte de
substâncias, assim como em relação à resistência à compressão;
− Procurar relações entre os vários resultados obtidos para as propriedades avaliadas, assim como
inferir das diferenças no modelo interno da estrutura do betão e diferenças comportamentais segundo
aspectos de durabilidade.
3
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Importa salientar que não é objectivo deste trabalho realizar uma análise exaustiva das características
dos betões com a incorporação de saibro, mas sim analisar a importância da sua aplicação para a
indústria da construção e tecnologia do betão e estudar a sua viabilidade da avaliação do
comportamento estrutural e de durabilidade.
1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO
A presente dissertação apresenta-se estruturada em cinco capítulos. No capítulo inicial, encontra-se a
introdução, onde se expõe uma breve nota introdutória sobre a evolução do betão, a justificação do
tema e finalmente os objectivos alvo de análise.
No segundo capítulo, denominado por estado da arte, é definido inicialmente o material construtivo
“betão”, através da explanação do processo de formação do cimento Portland e da hidratação deste
mesmo material. Apresenta-se, em seguida, a estrutura interna do betão e as suas três fases distintas
(sólida, líquida e porosa). São também apresentados os mecanismos de transporte através da estrutura
do betão, assim como uma cuidada e detalhada análise de cada um destes processos. Por último,
aborda-se, ainda que superficialmente, a questão das adições mineralógicas, suas influências no betão
e a necessidade de incorporar novos elementos nas composições tradicionais.
No capítulo 3, é explanada a metodologia do programa experimental, detalhes da sua execução,
características, considerações, opções e proposições estabelecidas. São caracterizados os materiais
empregues, o tratamento dos provetes e é feita a descrição dos ensaios realizados. Inclui-se, antes da
descrição de cada um dos ensaios, uma abordagem teórica sobre o fenómeno analisado assim como a
importância para a estrutura do betão.
No quarto capítulo, são apresentados, analisados e discutidos os resultados experimentais obtidos. A
principal avaliação passará por comparar e determinar as razões entre as diferenças do novo betão e o
de referência. Sempre que possível, proceder-se-á a uma associação entre os ensaios, assim como se
procurará comparar tais resultados com valores externos de referência ou de avaliação.
Por último, no quinto capítulo, são apresentadas as conclusões através das considerações finais e de
sugestões para trabalhos futuros.
4
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
2
ESTADO DA ARTE
2.1. INTRODUÇÃO
No presente capítulo, é efectuada uma apresentação do material de construção “betão” assim como
alguns factores intervenientes no seu desempenho, mais especificamente os aspectos de durabilidade.
Como ponto de partida, é determinante a compreensão da natureza e forma de acção do cimento
Portland através do fenómeno da sua hidratação e posterior formação da sua estrutura interna. De
facto, é através da formação desta estrutura que é possível adquirir um material resistente, havendo
também a possibilidade de se processarem mecanismos de transporte de alguns elementos em
diferentes estados. Estas transferências podem resultar em variadas acções sobre as construções e
respectivos materiais constituintes, dando origem a factores de degradação, falta de estanquidade, etc.,
levando ao aparecimento de patologias.
Estas debilidades, resultantes de uma concepção desadequada e/ou desempenho insuficiente,
relativamente ao especificado, podem eventualmente não “perturbar” nem trazer implicações
importantes; porém, uma parte significativa deste tipo de debilidades nas construções, conduzem a
problemas comportamentais graves, havendo a necessidade de considerar processos de intervenção e
reabilitação.
Após a explanação do material construtivo betão, assim como dos seus aspectos resistentes e
processos de actuação dos mecanismos de transporte, será analisada e contextualizada a acção de
certas adições mineralógicas. Será também analisada a necessidade de introduzir novos materiais
como agregados em vez dos naturais usualmente utilizados.
As questões abordadas neste capítulo apresentam relevância na compreensão da generalidade dos
aspectos estudados no presente trabalho, com especial evidência para a importância da poblemática da
durabilidade.
2.2. CIMENTO PORTLAND
“O Betão é um material constituído pela mistura, devidamente proporcionada, de pedras e areia, com
um ligante hidráulico, água e, eventualmente, adjuvantes. A propriedade que os produtos da reacção
do ligante com a água têm de endurecer, confere à mistura uma coesão e resistência que lhe permite
servir como material de construção” (Coutinho, 1997a).
Esta mistura, tão especial e única, apenas é possível estabelecer-se devido à acção do cimento
Portland. Este material com capacidade de aglutinação e coesão, considerado até como o “Rei” dos
5
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ligantes hidráulicos, apresenta, além da capacidade de aglomerar grandes quantidades de agregados,
uma resistência única e incomparavelmente superior aos elementos da mesma família.
Através de processos específicos de fabrico, o cimento Portland produz-se com uma mistura de
calcário e argila, podendo ser adicionadas pequenas quantidades de outras matérias-primas. Estes
métodos de manufactura são compostos por reacções físicas e químicas dando origem a um novo
produto denominado de clínquer, com dimensões de 2-3mm a 20-25mm (Neville, 1995 e Coutinho,
1997a).
A estabilização e cristalização destas novas partículas, apresenta os seguintes componentes principais
(Quadro 2.1):
Quadro 2.1 – Composição do clínquer Portland (Coutinho, 1997a)
Silicato Tricálcico
3CaO.SiO₂
20% a 65%
Silicato Bicálcico
2CaO.SiO₂
10% a 55%
Aluminato Tricálcico
3CaO.Al₂O₃
0% a 15%
Aluminoferrato Tetracálcico
4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃
5% a 15%
Estes compostos não se encontram de uma forma pura, ou seja, apresentam átomos de substituição no
lugar de cálcio, silício e de alumínio, sendo designados por Alite (C3S), Belite (C2S), fase Aluminato
(C3A) e fase Ferrítica (C4AF).
O produto final, denominado cimento, é obtido por moagem do clínquer, com adição de gesso
(CaSO₄.2H₂O) para regular a presa do cimento, retardando-a.
2.2.1. HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND
A obtenção do betão passa pela mistura dos agregados com o ligante hidráulico e a água, pois este
último componente desencadeia processos físicos e químicos que levam ao início do processo de
hidratação. De acordo com diversos autores, designadamente Coutinho (1997a), Maekawa et al.
(1999) e Beek (2000), poder-se-á dividir o processo de hidratação do cimento Portland no período de
pré-indução, indução (ou dormente), aceleração e estado final.
O cimento ao entrar em contacto com a água leva a que aconteçam, de um modo instântaneo, reacções
entre os iões superficiais do clínquer e da água, formando-se assim os primeiros silicatos de cálcio
hidratados. Esta fase de reacções ocorre num curto período de tempo, no máximo de 5 minutos,
caracterizando-se, pelas suas reacções serem bastante exotérmicas, sendo denominada pelo período de
pré-indução (Fig. 2.1).
Posteriormente, as partículas apresentam uma aparente inactividade devido à criação de uma
membrana instável e semipermeável. Verifica-se, mesmo assim, a troca de iões entre a solução de
contacto e o silicato tricálcico anidro, sendo esta etapa designada como período de indução ou
dormente.
Com o progressivo enriquecimento em cálcio dos silicatos hidratados da membrana, esta aumentará a
permeabilidade levando à sua eliminação. Com o restabelecimento da hidratação, estabelecer-se-ão
elevadas velocidades de reacção formando-se assim, os silicatos hidratados e hidróxido de cálcio.
Neste período de aceleração, as partículas do cimento começam a sua expansão. Inicia-se, deste modo,
a formação da rede porosa, dados que os cristais acirculares vão crescendo e aglomerando (Fig. 2.1).
6
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
À medida que a formação dos productos de hidratação vai avançando, a quantidade de água em
contacto com as partículas de cimento e a consequente troca de iões, vai diminuindo. Os produtos de
hidratação tornam-se cada vez mais estáveis, entrando-se assim no estado final de hidratação. Também
designada por difusão controlada de hidratação, esta etapa final leva a que as fibras alongadas iniciais
sejam completadas pelo aparecimento de novos produtos de hidratação. Ter-se-á um espessamento
progressivo em volta das partículas do cimento, contribuindo assim para a redução da sua estrutura
porosa.
Figura 2.1 – Produtos de hidratação e descrição das fases de hidratação (Azenha, 2004 adaptado de Beek,
2000)
2.3. ESTRUTURA INTERNA DO BETÃO
A estrutura do betão é naturalmente heterogénea, complexa e muito desigual entre si. No entanto,
torna-se necessário agrupar alguns dos seus aspectos característicos, para assim se proceder a uma
análise tanto a nível interno como externo. Deste modo, poder-se-á estudar o betão micro ou
macroscopicamente.
Macroscopicamente, trata-se de um material de duas fases distintas, ou seja, composto por uma matriz
de cimento na qual existem, de uma forma dispersa, as partículas do agregado. Esta análise
macroscópica permite aferir sobre algumas propriedades da complexa mistura em análise; no entanto,
é a nível microscópico que se consegue encontrar justificação para a maioria das características que
influenciam e definem o desempenho do betão (Mehta et al., 1994).
Este exame, a nível microscópico, leva a que se acrescente à estrutura bifásica, definida
primeiramente, uma terceira fase designada por zona de transição. Esta representa a região de interface
entre as partículas do agregado de maiores dimensões e a pasta de cimento (Mehta et al., 1994).
Uma outra forma de analisar as características do betão, microscopicamente, passa pela dissociação e
estudo das seguintes fases: fase sólida, fase líquida e fase de poros – porosidade (Salta, 1999).
2.3.1. FASE SÓLIDA
A fase sólida comporta a pasta de cimento hidratada, os agregados e a zona de transição pastaagregado (Hoffmann, 2001).
7
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A pasta de cimento hidratado é formada, através da adição de água e consequentes reacções físicoquímicas, desenvolvendo-se um processo de aglomeração dos productos resultantes das reacções entre
os grãos de cimento. Para além da capacidade resistente às tensões, a estrutura do cimento hidratado
definirá de forma determinante o desempenho do betão no que respeita ao controlo dos agentes
agressivos.
Os agregados com as suas propriedades naturais, tais como, forma, textura, volume e porosidade
influenciam as características e desempenho do betão. A resistência mecânica através das
características de granulometria e aspectos químicos de alguns agentes prejudiciais para o betão, o
módulo de elasticidade, a trabalhabilidade, o ângulo de atrito interno, a resistência à embebição e
secagem e resistência térmica à congelação da água são propriedades que, apesar de estarem
ligeiramente interligadas com as características do cimento, são essencialmente determinadas pelos
agregados (Coutinho, 1997a e Neville, 1995).
A zona de transição representa a superfície entre a pasta de cimento e as partículas de agregado de
maiores dimensões. É uma camada que apresenta espessuras entre os 10µm e os 50µm em volta dessas
partículas do agregado e tende a influenciar decisivamente o desempenho global da estrutura do betão,
pois é a região do ligante naturalmente mais porosa e, consequentemente, menos compacta (Mehta et
al., 1994 e Salta, 1999).
O seu desempenho pode ser alterado através do aumento da concentração de pequenas partículas junto
das superfícies do agregado, pois conduz a uma maior porosidade na zona de transição, quando o
betão se encontra no estado fresco. Porém, como o grau de hidratação também é muito superior na
zona de transição do que nos agregados, com o progresso da hidratação a porosidade da zona de
transição reduzir-se-á substancialmente, levando a que as características de desempenho mecânico e de
durabilidade, sejam francamente superiores (Pang et al., 2009).
2.3.2. FASE LÍQUIDA
A água é o agente que desencadeia o início do processo de formação da pasta de cimento e se mantém
durante todo o processo de formação dos produtos de hidratação, podendo existir em grandes
quantidades, assim como se apresentar de variadas formas dentro da estrutura do betão.
As condições exteriores de temperatura e de tensão de vapor a que as estruturas de betão se encontram
expostas, são factores que condicionam, podendo alterar de modo quase instantâneo até, as
características e respectivo desempenho da estrutura de betão.
Uma abordagem geral poderá começar pela distinção entre a água evaporável e a não evaporável. Esta
divisão traduz, na realidade, a água que é removida do interior da estrutura do betão devido a uma
determinada redução da pressão de vapor. Assim sendo, a tensão de vapor e a temperatura são
condições decisivas para a quantidade de água aí retida (Coutinho, 1997a e Neville, 1995).
De acordo com Neville (1995), a análise específica dos diversos modos de água existentes, conduz-nos
a que sejam separados três estádios distintos. Por um lado temos a água que se encontra combinada
quimicamente, tomando parte na estrutura definitiva do betão. Engloba-se nesta tipologia a água de
constituição e a água de cristalização que correspondem, de uma forma aproximada, à água não
evaporável (Coutinho, 1997a).
No campo oposto, a esta primeira caracterização, está a água capilar e a água livre. A água capilar,
existente nos poros capilares, encontra-se para além das forças de adsorção. A sua saída e entrada são
reversíveis podendo até causar a variação do volume do sistema, enquanto a água livre encontra-se
8
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
disponível para evaporar durante o endurecimento, pois não se encontra sujeita a quaisquer forças
(Neville, 1995).
Entre estes dois estádios opostos encontramos a água de gel, que pode ser dividida em água zeolítica e
água fisicamente adsorvida. Como água zeolítica entenda-se a água associada à rede cristalina do sal,
ou seja, aquela que se encontra na superfície interlamelar. A sua entrada ou saída implica uma
alteração do espaçamento das camadas lamelares; no entanto tais situações não representam mudanças
na sua estrutura. A água que se encontra atraída, sob acção das forças superficiais dos componentes
hidratados, é denominada por água fisicamente adsorvida (Neville, 1995).
Fig. 2.2 – Representação de certos tipos de água existente nos cristais de Silicato de Cálcio Hidratado (C-S-H)
(Coutinho, 2006b adaptado de Domone, 1994)
A presença de água na estrutura interna do betão é especialmente focada pois a sua existência poderá,
para além da transferência do próprio fluído dentro do betão, servir como solvente relativamente a
agentes agressivos existentes no exterior, possibilitando a sua incorporação desencadear e acelerar
processos de deterioração tanto do betão como de armaduras que eventualmente possam existir.
2.3.3. FASE POROSA
A estrutura porosa é uma das características determinante para o desempenho do betão, mais
exatamente através dos seus aspectos de durabilidade do betão, pois é por intermédio desta estrutura
do sistema que o conjunto dos mecanismos de transferência são definidos e condicionados.
De acordo com alguns autores (Neville, 1995 e Hearn et al., 2001), os poros podem ser agrupados nas
seguintes categorias:
Microporos;
Poros Capilares;
Macroporos.
Os Microporos dizem respeito aos poros do cimento hidratado (poros de gel). Surgem devido ao
crescimento cristalino em torno das superfícies dos grãos de cimento, ou seja, são o resultado da
9
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
formação da sua estrutura lamelar (Fig. 2.3). Apresentam dimensões entre 1nm e 0,03µm, que
corresponde a dimensões superiores à água na ordem de uma unidade de ordem de grandeza. Estes
poros representam entre 26% e 28% do volume total do gel (Hearn et al., 2006).
Estes valores percentuais são intrínsecos das características do próprio cimento, não sendo afectados
pela relação A/C da mistura nem pela evolução do processo de hidratação. No entanto, com o avanço
do processo de hidratação ter-se-á, naturalmente, uma maior quantidade de gel e em consequência um
aumento da quantidade dos microporos (Neville, 1995 e Hearn et al., 2006).
Os espaços periféricos que não são ocupados, aquando da formação dos feixes de cristais da pasta de
cimento, dão origem aos poros capilares (Fig. 2.3), que apresentam dimensões bastante superiores aos
descritos anteriormente. Estes poros com dimensões entre os 10 -2 µm e os 50 µm são, no fundo, a
parte do volume total que não foi preenchida pelos produtos da hidratação. Naturalmente com o
avanço do processo de hidratação, e respectivo aumento dos seus produtos, o sistema de poros
capilares interligados entre si, no momento inicial da formação de tais produtos, irão reduzindo o seu
volume progressivamente. Esta redução progressiva pode até levar ao bloqueio de tais conexões,
segmentando assim o sistema interconectado existente na pasta de cimento. Como tal, a relação
água/cimento e o grau de hidratação são factores decisivos neste tipo de poros (Neville, 1995 e Hearn
et al., 2006).
Fig. 2.3 – Modelo simplificado da estrutura porosa do cimento (Coutinho, 1998 adaptado de Neville, 1995)
Os Macroporos apresentam dimensões superiores e resultam do excesso de água empregue por
questões de fabrico, colocação e compactação (1 a 50 µm) ou então da retenção de ar emulsionado
durante a execução da amassadura (1 a 3mm). As deficiências granulométricas podem contribuir para
a criação de poros que, caso existam também serão englobados nesta categoria (Hearn et al., 2006).
A água excedente, relativamente ao processo de cristalização, manter-se-á como água livre dentro da
estrutura do betão. No entanto, com a sua evaporação serão formados caminhos contínuos
(canalículos) de fluxo na matriz do cimento hidratado. As bolsas de ar “aprisionado” ou “ocluído” (NP
EN 206-1), apresentam dimensões ligeiramente superiores aos poros anteriormente descritos, no
entanto a sua existência não é tão gravosa pois estes encontram-se isolados e não constituem uma rede
contínua de passagem. Estas bolsas de ar representam entre 1% a 5% do volume total do betão (Hearn
et al., 2006).
10
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Tendo como base as considerações de Hearn et al. (2001), as dimensões dos diversos poros
encontram-se comparados e agrupados no quadro 2.2.
Quadro 2.2 – Distribuição de tamanho dos poros e fissuras (Hearn et al., 2001)
Canalículos
(resultantes da evaporação)
Bolsas de ar
Fissuras
Micro
poros
Poros Capilares
0,001 a 0,03
0,01 a 50
Poros
Capilares
Poros de Cimento
Dimensões em µm
1 a 50
1000 a 3000
Macroporos
Descrição
1 a 60
A estrutura porosa é resultado de múltiplas condicionantes que vão desde as próprias características
naturais dos componentes do betão até às más práticas de colocação, compactação ou excesso de água.
O sistema de poros necessita de ser analisado, tendo em conta as dimensões destes, assim como a
conectividade e respectiva distribuição dentro da complexa mistura. Saliente-se que todo este conjunto
de poros se apresenta numa progressiva alteração tanto devido à contínua hidratação assim como aos
processos de deterioração, devido à exposição. A análise da porosidade fornece-nos, apenas,
informações para uma determinada mistura em um determinado momento.
Para além dos fluxos de água ou de outras partículas através do meio poroso, não deverão ser
esquecidos os movimentos através das fissuras. Tal como referenciado por Hearn et al. (2001), a
fissuração poderá ocorrer no betão endurecido como resultado da retracção por secagem, retracção de
carbonatação, retracção térmica ou acção de cargas exteriores. Quando ocorre, permite a existência de
um elevado fluxo através da matriz de cimento, pois a dimensão das fissuras é bastante superior à
generalidade dos restantes poros (Quadro 2.2). Assim, com tal formação, permite que se estabeleçam
percursos contínuos de passagem.
2.4. MECANISMOS DE TRANSPORTE
A durabilidade do betão depende da capacidade que este tem em dificultar e/ou evitar o seu
atravessamento pelas diversas substâncias, nomeadamente a água na sua forma pura ou com iões
agressivos, particularmente o dióxido de carbono e o oxigénio (Neville, 1995 e Coutinho, 1994).
Os fluxos que se possam estabelecer através do betão são influenciados essencialmente pela sua matriz
de poros; porém, tal como foi referido anteriormente, esse movimento é bastante complexo de
caracterizar, pois a estrutura porosa apresenta-se em contínua alteração assim como também pode
11
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ocorrer a alteração de solubilidade dos próprios productos de hidratação. Mas para compreender a
interacção entre a rede porosa e a incorporação das partículas, é fulcral identificar e analisar cada um
dos mecanismos existentes assim como a interação entre eles.
O processo de ingresso ou atravessamento de partículas pode ser explicado através de três mecanismos
elementares de transporte: permeação, sucção capilar e difusão (Coutinho et al., 1994 e Neville, 1995).
2.4.1. PERMEAÇÃO
A permeação, caracterizada vulgarmente pela sua propriedade inerente – a permeabilidade, é
apresentada como a capacidade de um meio poroso se deixar atravessar quando sujeito a um gradiente
de pressão hidráulica. É estabelecido um escoamento laminar, a caudal constante, que pode ser
quantificado a partir da Lei de Darcy (aplicável a meios porosos) e que se encontra expresso na
seguinte expressão (Coutinho et al., 1994):
V = Ki
(2.1.)
V - Velocidade de circulação da água (m/s);
i - Gradiente de pressão hidráulica (m/m);
K - Coeficiente de permeabilidade (m/s).
Como a velocidade é o quociente do caudal ( Q ) por unidade de área ( A ) e o gradiente hidráulico é o
quociente da altura de água (H) pelo caminho percorrido (L), é possível chegar ao coeficiente de
permeabilidade ( K ).
K=
QL
AH
(2.2.)
Este conceito reflete, na realidade, o fluxo médio que atravessa o sistema poroso em análise,
associando-se assim, uma dimensão média dos poros através dos quais se estabelece essa
transferência. Realce-se também que para ser atingido um escoamento laminar é necessário que a
estrutura interna fique saturada na sua totalidade, o que é um processo bastante demorado, podendo
inclusive nem ser atingido em certas situações. Como se compreende, a maioria das estruturas não se
encontra sujeita a tais condições e daí se conclui que uma análise da durabilidade apenas a partir da
permeabilidade assume contornos desfasados da realidade. Contudo, este ensaio não deixa de ser um
espelho bastante fiel da estrutura porosa existente.
A permeabilidade serviu, durante muitos anos, como agente caracterizador do desempenho do
conjunto das propriedades associadas à durabilidade, sendo até definido por diversos autores como a
facilidade com que os fluidos atravessam o betão (Neville, 1995).
12
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
2.4.2. SUCÇÃO CAPILAR
A absorção de água por capilaridade corresponde à entrada de água na estrutura interna do betão
devido a uma tensão superficial, que age sobre os poros. É assim estabelecido um diferencial de
pressão entre a superfície livre da água e os poros capilares, que levará ao aparecimento de um fluxo
através desses mesmos poros. Para além dos aspectos da ambiência existente, características como o
raio, continuidade e tortuosidade da rede porosa existente, são factores que influenciam a acção do
líquido, assim como as características inerentes do líquido, tais como a viscosidade, tensão superficial
e densidade (Freitas, 1992, Coutinho, 1994 e Neville, 1995).
Porém, é conveniente realizar uma análise genérica à terminologia apresentada e assim esclarecer e
tecer algumas considerações sobre tais denominações.
A absorção, no campo da física e química, é o processo físico ou químico de incorporação e respectiva
fixação de átomos, moléculas ou iões num material de um estado, para outro estado distinto,
normalmente mais maciço.
O fenómeno de adsorção consiste na adesão de um gás ou líquido à superfície de um sólido, resultando
assim a acumulação dessas moléculas nessa superfície. Esta fixação de partículas, resulta da interacção
com as forças de Van Der Waals. O betão, como substância porosa que é, é, por si só, um óptimo
adsorvente.
Mais especificamente, poderá dizer-se que partículas submetidas à absorção são absorvidas pelo
volume, enquanto que no caso da adsorção, são-no pela superfície.
A partir desta análise bastante específica, refira-se que a conjugação de ambos os fenómenos descritos,
ilustra o comportamento existente através da estrutura porosa do betão. Assim sendo, tal
comportamento conjugado em simultâneo por ambos os fenómenos resulta na incorporação e fixação
de gases ou líquidos na superfície interna do betão que se encontra no estado sólido, naturalmente.
A acção conjunta de absorção e adsorção quando ocorre em simultâneo designa-se como sucção
(“sorption” na língua Inglesa). O “termo” absorção, na área técnico-científica do betão, ao ser
analisado no sentido lato, apresenta-se desajustado para o fenómeno de fluxo de água devido à tensão
capilar, num betão não saturado.
Após esta exposição e análise puramente terminológica, considera-se mais apropriado empregar o
termo “sucção” ou “sucção capilar”, para definir este mecanismo de transporte.
Uma referência ainda ao fenómeno contrário à sucção. O processo inverso consiste na libertação de
água adsorvida e absorvida quando se criam condições para essa mesma saída. Tal fenómeno
designado por “desorption”, na língua Inglesa, aparece em casos pontuais traduzido como dessorção.
Porém, tal como no caso da absorção, é empregue correntemente o termo desabsorção englobando a
desabsorção e a desadsorção.
Retome-se novamente a análise deste fenómeno. A sucção capilar, resulta da criação de uma diferença
de pressão entre a superfície livre e a superfície do poro capilar que se encontra em contacto com a
água. Esta pressão, designada como pressão capilar, pemite a criação de um processo de ascensão com
uma determinada pressão ( p ), expressa por aplicação da Lei de Jurin (Coutinho et al., 1994):
p=
2γ
r
(2.3.)
γ - Viscosidade cinemática da água (g/mm);
13
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
r - Raio médio dos poros (mm);
Este mecanismo de transporte é analisado e caracterizado com mais detalhe no capítulo referente à
parte experimental, mais exactamente no ponto 3.5.2..
2.4.3. DIFUSÃO
A difusão de iões líquidos e gases apresenta-se como a movimentação dessas partículas devido à
existência de uma diferença de concentração quando não existem gradientes de pressão hidráulica.
Esta grandeza expressa a velocidade com que essas partículas se movimentam em função das
concentrações existentes. Tal relação é expressa através da lei da difusão (1ª Lei de Fick) (Coutinho et
al., 1994 e Neville, 1995):
J = −D
dc
de
(2.4.)
J - Velocidade de transporte de massa (g.s −1 .m −2 );
D - Coeficiente de difusão (m 2 .s −1 );
dc
−3
- Gradiente de concentração c (g.m ), ao longo da espessura e (m).
de
2.4.4. ANÁLISE DOS MECANISMOS DE TRANSPORTE
O sistema em equilíbrio quando sofre uma alteração, resultante das condições exteriores ou até
internas, leva a que o sistema reaja na tentativa de restabelecer novamente o equilíbrio. Os três
mecanismos apresentados permitem interpretar a generalidade dos processos de movimentação através
da estrutura do betão; contudo, a modelização da acção é bastante mais complexa do que a simples
distinção entre eles.
De acordo com Neville (1995), a actuação de cada mecanismo não ocorre de forma independente e
dissociada dos restantes, levando a que se estabeleça uma interacção destes processos de
movimentação, conduzindo a sistemas de movimentação peculiares. Esta acção conjunta será
influenciada pelas características do betão, pelas condições definidas pela ambiência, assim como pelo
“peso” na acção de interacção dos mecanismos (elementares) (Hearn et al., 2006).
A estipulação dos processos de avaliação é bastante complexa e relativa, pois aos factores antes
referidos, acrescenta-se que dentro da estrutura do betão também é possível uma contínua mudança
estrutural e de concentração, podendo resultar numa interacção distinta entre estes mecanismos ao
longo do tempo. As alterações das condições exteriores (temperatura, pressão e gradiente químico)
podem conduzir à alteração dos fluxos adquiridos, assim como mudar o tipo de processo estabelecido
(Rose, 1965 e Hearn et al., 2006).
Outras acções exteriores, tais como o vento, a chuva e a gravidade, por muito insignificantes que se
apresentem, podem ser também um factor de alteração durante a movimentação de partículas.
14
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A complexa coordenação dos mecanismos levou a que se começasse também a estudar a sua acção de
modo combinado, ou seja, com os vários mecanismos em simultâneo. Esta abordagem, apesar de não
contrariar os modelos simplistas de caracterização expostos inicialmente, consegue ligar-se mais
directamente às condições reais e fornecer, teoricamente, uma avaliação mais aproximada e
consequentemente mais fidedigna. Hearn et al. (2001), através da interligação destas acções
elementares, apresentaram cinco mecanismos de transporte no betão, sendo eles:
1. Adsorção;
2. Difusão de vapor;
3. Transferência por filme;
4. Fluxo de líquido sob condições de saturação;
5. Difusão iónica sob condições de saturação.
Para além da diferença de actuação de mecanismo, a sua caracterização global tem como elemento
base as humidades relativas existentes (do ar exterior). É assim possível balizar estes fluxos de
partículas em 3 estádios que serão descritos de seguida.
1º Estádio:
Para uma humidade relativa (HR) próxima de zero, nenhuma fonte externa de água será adsorvida
inicialmente sobre as superfícies altamente hidrofílicas dos produtos de hidratação do cimento. De
acordo com a teoria BET (denominação resultante das iniciais dos nomes Brunauer, Emmet e Teller),
com 11% de HR, em todas as superfícies de hidratos, verifica-se já a existência de uma monocamada
de moléculas de água (Feldman, 1989).
Com o aumento da humidade relativa do ar, a energia de adsorção superficial vai diminuindo, pois as
moléculas de água de camadas posteriores encontram-se mais longe da superfície dos produtos de
hidratação (Peer, 1990).
A adsorção é de extrema importância mesmo a baixas humidades, pois age como a força motriz ao
longo dos poros, transmitindo o fluxo à frente do menisco de maior humidade relativa, iniciando assim
o fluxo num poro seco. Este processo encontra-se esquematizado na Fig. 2.4.
Para Humidades abaixo dos 40% a 45%, é adsorvida uma fina película de moléculas de água sobre as
superfícies dos poros (Fig. 2.4), no entanto o menisco capilar não poderá ser sustentado dentro dos
poros (Mills, 1985).
Fig. 2.4 – Modelo de transporte de água no 1º Estádio (adaptado de Rose, 1965)
15
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
De acordo com o esquema anterior compreende-se que a movimentação das partículas é controlada
através dos mecanismos de adsorção e difusão de vapor (Hearn et al., 2006).
2º Estádio:
Estabelece-se um comportamento diferente quando a humidade relativa supera os 40 a 45%. Este
incremento leva a um aumento do tamanho dos poros e à formação de meniscos capilares dentro da
rede porosa. Estes meniscos formam-se no gargalo dos poros, ajustando-se em função das diferentes
larguras de cada gargalo, como se ilustra na figura 2.5 (Mills, 1985).
Esta ilustração representa o mecanismo denominado por transferência por filme, e que leva à criação
de um sistema tipo “curto-circuito” onde é impelido por condensação capilar (teoria de Kelvin) no
lado de alta pressão (entre os meniscos formados) e por evaporação na parte inferior do lado de baixa
pressão (poro capilar) (Mills, 1985 e Freitas, 1992).
Fig. 2.5 – Tranferência por filme (2º Estádio): Modelo de curto-circuito (Hearn et al., 1994)
Este tipo de transferência estabelece-se quando estamos perante pressões de vapor de 0.45 a próximas
de 1, sendo processado através de difusão de vapor e tensão capilar. A passagem de humidade
efectuar-se-á de uma forma rápida sem que o sistema se encontre saturado (Hearn et al., 2006).
Como aspeto elucidativo da interferência da humidade nestes mecanismos, de acordo com Aldred
(2008), uma alteração da humidade relativa que implique a passagem do estádio 1 (pressão de vapor
inferior a 0.45) para o estádio 2, poderá levar a que o valor do coeficiente de difusão sofra um
incremento de algumas ordens de grandeza.
3º Estádio:
Quando o sistema se encontra saturado ou muito próximo da saturação (parcialmente saturado), a
transferência de humidade deve-se a um escoamento, praticamente laminar (Fig. 2.6) (Hearn et al.,
2006).
Deste modo, o fluxo é controlado pela viscosidade do fluido e pelo gradiente de pressão, sendo a lei de
Darcy a relação directa entre este gradiente de pressão e o escoamento resultante.
16
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 2.6 – Modelo de transporte de água no 3º Estádio (adaptado de Rose, 1965)
Na presença de um gradiente de concentração, a existência de água (no estado líquido) no interior da
estrutura porosa, irá possibilitar a dissolução dos iões (Fig. 2.6). Esta movimentação de espécies
dissolvidas pode ser caracterizada de acordo com as características de difusão abordadas
anteriormente.
Fig. 2.7 – Modelo de transporte de iões no 3º Estádio (adaptado de Rose, 1965)
As estruturas de betão, na maior parte das situações, quando sujeitas a ambientes de exposição
agressivos, apresentam água no seu estado líquido em vez de vapor. Constata-se assim que a difusão
de iões é um mecanismo de transporte muito importante para a avaliação durabilidade, sendo a sua
caracterização normalmente considerada como referência à determinação do grau de deterioração
física e química da estrutura.
Todas as movimentações de partículas conseguem ser representadas pelos mecanismos apresentados
sendo, naturalmente, uns mais eficientes e influentes que outros. A importância para adopção desta
caracterização prende-se com o facto de mostrar como uma mudança de certas condições externas
pode modificar drasticamente o processo de interacção e respectiva forma de movimentação (Hearn et
al., 2006).
A contínua hidratação da estrutura do betão tenderá a que o sistema poroso tenda a interromper, ou
pelos menos em parte, o percurso através dos poros capilares conduzindo, aparentemente, a um
aumento da capacidade do betão em contrariar a invasão dos seus espaços internos. Contudo, as
acções cíclicas resultantes da exposição ou, por vezes da utilidade funcional de cada obra, provocam
sucessivas entradas e saídas de partículas que podem conduzir a alterações para além do processo de
17
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
hidratação. Estas implicações possibilitam que a capacidade resistente do betão a cada mecanismo
elementar seja modificada, desencadeando uma alteração ao comportamemto global a nível de
durabilidade.
Por fim, convém referir que a velocidade de absorção/adsorção da água pelo betão é muito superior à
velocidade de perda de água por evaporação, facto que conduz a que a HR do betão seja normalmente
superior à HR do ambiente envolvente.
2.5. ADIÇÕES MINERALÓGICAS
Em Engenharia Civil e de acordo com o definido na NP EN 206-1 (2007), “Betão, Parte 1:
Especificação, desempenho, produção e conformidade”, as adições são materiais finamente divididos
utilizados no betão, com o objectivo de melhorar algumas propriedades ou alcançar certas
propriedades especiais. As adições acrescentam-se à mistura ou substituem parcialmente os materiais
base (cimento e/ou agregados). Alerte-se que esta designação é distinta dos adjuvantes, pois estes não
implicam uma alteração nas proporções da mistura, sendo adicionados durante o preocesso da mistura
do betão, em pequenas quantidades, para modificar as propriedades do betão fresco ou endurecido
(Coutinho, 2006b e Mehta et al., 1994).
O início da utilização deste tipo de partículas nas obras de construção civil remonta, muito
possivelmente, ao tempo da civilização Grega. Os Gregos iniciaram um processo de experimentação
onde procuravam melhorar alguns dos comportamentos mais problemáticos, através da incorporação
de novas substâncias. No Império Romano, começou-se a aplicar estes elementos com mais
vulgaridade, pois descobriram-se as propriedades ligantes de certas adições mineralógicas. As
argamassas então produzidas, eram obtidas através da mistura destas adições com cal imediatamente
antes da adição com àgua. Com o declínio e desagregação do Império Romano, a utilização destas
argamassas foi praticamente extinta, sendo retomada a partir do Renascimento Europeu por intermédio
dos humanistas italianos, estando na origem dos cimentos modernos.
Seja por razões de melhoria comportamental ou de carácter económico, as adições mineralógicas no
betão verificaram um sucessivo crescendo, levando, inclusive, a uma vulgarização generalizada da sua
aplicação. Nos dias de hoje, as questões ecológicas também acompanham a indústria do cimento,
conduzindo a que cada vez mais, haja uma tentativa de incorporar, nas misturas, resíduos industriais e
elementos excedentários, possibilitando, através da sua aplicação à construção, uma reutilização e
consequente diminuição de volumes residuais. Para além do acautelamento relacionado com situações
sociais, económicas e ambientais, estes métodos permitem diminuir as quantidades de cimento e/ou
agregados. Os benefícios desta substituição são claramente evidentes, pois os recursos naturais
existentes apresentam-se cada vez mais escassos, para além de que, no caso cimento, os gastos
energéticos relacionados com todo o processo de fabrico subjacente são extremamente elevados.
As adições mineralógicas podem ser divididas de acordo com as suas acções físicas e químicas em
elementos pozolânicos, material cimentante e filler. Apesar de alguns dos documentos normativos
seguirem esta divisão, a norma NP EN 206-1 (2007), agrupa-os em adições quase inertes (tipo I) e em
adições pozolânicas ou hidráulicas latentes (tipo II).
Etimologicamente, pozolana refere-se à terra de Puteoli, cidade italiana de Pozzuoli pertencente à
região de Campânia (Costa et al., 1994). Esta localidade encontra-se próxima do Vesúvio, onde
existem grandes quantidades de cinzas vulcânicas designadas por cinzas pozolânicas. Posteriormente,
tal designação foi alargada a determinados materiais produzidos industrialmente através do processo
de queima industrial.
18
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
O material pozolánico é um material silicioso ou sílico-aluminoso que por si só não apresenta
qualquer, ou praticamente nenhuma, propriedade cimentante. No entanto, quando se encontra de uma
forma fina (finamente pulverizadas) e também na presença de água, reage quimicamente com o
hidróxido de cálcio resultante do processo de hidratação do cimento Portland, acabando por formar
compostos que apresentam propriedades cimentantes (Coutinho, 2006b).
Estes materiais, que apresentam elevado teor de sílica reactiva, podem ser classificados, de acordo
com a sua origem em naturais ou artificiais. As pozolanas naturais são materiais de origem vulcânica
ou sedimentar, enquanto que as pozolanas artificiais são materiais resultantes do processo de
tratamento térmico (argilas calcinadas ou termicamente activas) assim como os subprodutos
industriais com actividade pozolânica (cinzas volantes, cinzas de casca de arroz, sílica de fumo, etc.).
(Coutinho, 1997a e Coutinho 2006b).
Tal como indicado por Coutinho (1997a) e Coutinho (2006b), o material cimentante apresenta a
capacidade, por si só, de formar produtos ligantes sem a necessidade de existir hidróxido de cálcio no
cimento Portland. Estas partículas, com propriedades hidráulicas latentes, desenvolvem a sua própria
hidratação, processando-se esta de um modo lento. No entanto, quando se encontra na presença de
hidróxido de cálcio (caso de ser adicionado à mistura existente ou aplicado em substituição parcial do
cimento) o processo de hidratação sofrerá uma aceleração considerável. São exemplos de materiais
cimentantes as escórias granuladas de alto-forno.
Filler é a matéria obtida através de uma moagem fina de elementos rochosos tais como o calcário,
basalto, materiais carbonáticos, quartzo, etc.. Estes materiais apesar de não apresentarem actividade
química, agem como agentes compactadores entre as partículas, estabelecendo também pontos de
nucleação para a formação dos productos de hidratação (Coutinho 2006b).
O uso de adições minerológicas, para além das questões de economia de alguns materiais e questões
ambientais indicadas inicialmente, prende-se com o facto de possibilitarem melhorar o desempenho do
betão. Esta melhoria comportamental é resultado de um aperfeiçoamento da sua microestrutura e
melhoria tanto das características mecânicas como dos aspectos de durabilidade, atenuando e/ou
evitando a degradação das estruturas.
De acordo com as características físico-químicas que caracterizam os vários tipos de adições
mineralógicas, estas partículas podem conduzir a uma simples aglomeração entre os componentes
existentes, ou desencadear novas reacções, quer seja por si sós ou com ajuda de alguns agentes,
originando locais para a criação ou preenchimento dos produtos de hidratação. As melhorias devido à
sua utilização resultam sobretudo da alteração das características da zona de transição, implicando
melhorias tais como a trabalhabilidade, redução da porosidade, diminuição da permeabilidade e
capilaridade, etc., podendo, inclusive, aumentar a capacidade resistente. (Pang et al., 2009).
As adições mineralógicas começam a ser encaradas nos tempos de hoje como elementos vulgares,
prevendo-se assim que de futuro a não incorporação de elementos, para além do cimento e agregados
tradicionais, seja uma excepção.
2.5.1. PROBLEMAS ACTUAIS E DESAFIOS DE SUSTENTABILIDADE
O planeta Terra encontra-se numa crise ambiental sem precedentes, sendo esta resultante da ocupação
e acção do Homem. O impacto das suas actividades apresenta uma intensidade bastante superior à
capacidade de auto-regeneração das condições naturais, acarretando efeitos penosos a nível ambiental,
social e económico. Nas décadas mais recentes, as evidências científicas sobre a problemática
19
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ambiental obrigam a que sejam encontrados caminhos que permitam um desenvolvimento mais
harmonioso e equilibrado entre todos os agentes envolvidos.
De acordo com Langston et al. (2001), encontramo-nos actualmente na era ambiental pois a crescente
consciencialização social, política e técnica conduz a que as questões e problemáticas ambientais
comecem a ser encaradas de forma muito séria e urgente. A juntar a esta necessidade de planear e
decidir, medindo as consequências a médio e longo prazo, tem surgido a noção que o ambiente está
fortemente associado à qualidade de vida.
Surge assim o conceito de desenvolvimento sustentado que tem por base a ponderação entre a
conservação ambiental, que visa proteger os recursos naturais existentes, e o progresso económico,
que tem como objectivo o desenvolvimento de infra-estruturas para todos os indivíduos. De um modo
prático, este crescimento sustentável implica um melhoramento da qualidade de vida, sem que haja um
gasto dos recursos naturais para além das suas capacidades de reposição (Langston et al., 2001).
Porém, ressalve-se que este equilíbrio óptimo é uma situação praticamente inexequível, mas a sua
abordagem e consequente processo de implementação destes objectivos é fundamental para que as
inovações e processos futuros levem à aproximação da situação ideal. Assim sendo, compreende-se
que jamais os processos de desenvolvimento lidem com o retorno financeiro e os impactos ambientais
de forma independente (Common, 1995).
A indústria da construção é, em Portugal, assim como em quase todos os países, o principal motor da
economia, quer seja directamente pelos volumes de negócios e empregos gerados, quer pela vasta
associação com praticamente todos os sectores da sociedade. No entanto, apesar da actividade
construtiva ter permitido, em geral, um aumento da qualidade de vida, apresenta-se ainda conotada de
forma negativa devido aos problemas ambientais. Tal associação pejorativa prende-se com o facto de,
em grande parte dos casos, os padrões de análise encontrarem-se direccionados (apenas) para os
objectivos de redução de custos da construção e de operação, levando a que as avaliações monetárias
se continuem a sobrepor às práticas de sustentabilidade.
Os impactos ambientais relacionados com todo o processo construtivo são essencialmente o consumo
de matérias-primas (na fase construtiva), os gastos energéticos (muito relevantes durante o período de
utilização) e os resíduos gerados (na fase de demolição). Se por um lado os crescentes encargos com a
energia implicaram novos processos e exigências construtivas que tendem a minimizar esses
consumos, em verdade se diga, que no campo do acautelamento dos recursos naturais e na gestão de
resíduos pouco tem sido feito.
De acordo com McDonald (1996), estima-se que 50% dos resíduos sólidos depositados na superfície
terrestre se devem à indústria da construção. Como agravante, acrescente-se ainda que alguns destes
resíduos não apresentam tratamento conveniente e que, noutras situações, os locais onde são
depositados, não têm capacidade para abarcar tais volumes.
Os resíduos de construção e demolição (RCD), de acordo com Faria et al. (2003), podem ser geridos
da seguinte forma:
Deposição em aterro controlado;
Valorização;
Selagem e armazenamento.
As falhas existentes no processo de deposição em aterro controlado e na selagem e armazenamento
são bastantes significativas, pois em Portugal não existe uma política de gestão nestes sectores. Ainda
de acordo com Faria et al. (2003) as acções de valorização dos resíduos é praticamente inexistente,
20
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
sendo a recolha e transporte a aterro realizada sem os cuidados necessários para que alguns destes
resíduos sejam considerados como inertes.
A tecnologia do betão também se depara com algumas debilidades que condicionam os aspectos de
sustentabilidade. Os principais problemas são:
Necessidade de elevadíssimas quantidades de energia para a produção de cimento;
Forte redução das quantidades de materiais naturais existentes, com especial destaque os
de menores dimensões.
Um importante passo a realizar na tecnologia do betão passará por encontrar alternativas que permitam
resolver ou pelo menos acautelar estas situações. Para reduzir a energia empregue na obtenção do
cimento tornar-se-á decisivo incorporar com mais veemência as adições mineralógicas com actividade
pozolânica ou material cimentante, o que possibilitará a necessidade de menores quantidades de
cimento por unidade de betão fabricado.
Em relação ao uso de minerais naturais como agregados, as soluções que permitam encontrar
alternativas à britagem de pedra e extracção de areia, terão de assentar na sua substituição por
produtos excedentes da indústria da construção como de outras. No caso particular dos RCD, estes
apresentam potencialidades de valorização, possibilitando a substituição (parcial ou até total) dos
agregados tradicionais.
Em suma, a aplicação de elementos excedentários é fundamental pare que se consiga uma redução dos
aterros, a minimização de deposições ilegais, menor consumo de recursos naturais e seus impactos
ambientais resultantes das actividades de mineralização. Saliente-se também que a reutilização quando
realizada na mesma obra, possibilita ainda a minimização das quantidades de elementos excedentários
da respectiva construção, conduzindo a menores encargos com o transporte, tratamento e deposição.
21
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
3
PARTE EXPERIMENTAL
O procedimento experimental consistiu em definir, comparar e analisar os tipos de composições
adoptadas para o processo experimental, assim como avaliar parâmetros característicos de cada um
dos tipos escolhidos.
Numa primeira parte, são apresentados os materiais e suas características individuais através dos quais
será possível estudar e definir as proporções da mistura.
Numa fase posterior, são apresentados os ensaios a executar. É realizada uma pequena abordagem
teórica, antes da descrição procedimental, onde são explicados os fenómenos subjacentes a cada
ensaio (em particular), evidenciando a sua importância tanto a nível do próprio ensaio como nas
características analisadas globalmente.
3.1. SUMÁRIO DO PROGRAMA EXPERIMENTAL
O principal objectivo é comparar o comportamento do betão de duas misturas com composições base
idênticas. Numa delas, será efectuada uma alteração da composição através da substituição de uma
porção específica do agregado mais fino por saibro.
As opções e propriedades adoptadas tentam aproximar as condições e propriedades do procedimento
experimental das características encontradas ou definidas normalmente em obra. Tal objectivo procura
então simular os comportamentos, de forma a recrear o que acontece na generalidade das construções
durante a fase de execução.
Exceptuando as obras com determinadas características técnicas e ou de alto desempenho, as obras
mais habituais tendem a utilizar materiais que existam em grandes quantidades e a preços
competitivos, tentando-se evitar a aplicação dos produtos adicionais que levam à correcção ou ligeiros
acertos em determinados parâmetros ou características.
Como tal, os materiais adoptados para a elaboração do procedimento experimental, foi um cimento
que é dos mais comercializados em Portugal (40% das vendas), enquanto os agregados são materiais
naturais bastante abundantes e que são facilmente encontrados no mercado nacional.
Será definida uma composição base, designada como “normal”, efectuando-se uma ligeira alteração,
através da substituição parcial do agregado fino existente. Esta segunda composição é designada como
“alterado”.
23
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Estas duas variantes de composição granulométrica serão submetidas, no estado endurecido, aos
ensaios de resistência à compressão, absorção de água por capilaridade e absorção de água por
imersão.
3.2. MATERIAIS
3.2.1. CIMENTO
O cimento utilizado foi o cimento Portland de calcário EN 197-1 - CEM II/B-L 32,5N (Classe de
resistência 32,5), pois trata-se do cimento mais utilizado nas obras correntes de construção civil. A sua
ampla aplicação deve-se ao seu baixo custo, menor calor de hidratação e também excelente
trabalhabilidade que confere aos betões (em comparação com o CEM I da mesma classe de
resistência).
O fabricante do cimento é a SECIL – Companhia Geral de Cal e Cimento, S.A., sendo este cimento
certificado de acordo com a norma NP EN 197-1 (2005), “Cimentos, Parte1: Composição,
especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes”.
Este cimento calcário apresenta a seguinte composição (Núcleo cimento) no quadro 3.1.
Quadro 3.1 – Composição do núcleo de cimento
65% a 79%
Clínquer Portland
21% a 35%
Calcário
0% a 5%
Outros Constituintes
As características químicas, de acordo com o respectivo fabricante, são as apresentadas no quadro 3.2.
Quadro 3.2 – Características químicas do cimento
Propriedades
Método de ensaio
Valor especificado (em
relação à massa de cimento)
Teor de Sulfatos (expresso
em SO₃)
NP EN 196-2
≤ 3,5%
Perda ao Fogo
NP EN 196-2
≤ 5,0%
Resíduo Insolúvel
NP EN 196-2
≤ 5,0%
Teor de Cloretos
NP EN 196-21
≤ 0,10%
As características mecânicas encontram-se no quadro 3.3.
24
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Quadro 3.3 – Resistência à compressão do cimento
Resistência à Compressão (MPa)
Método de ensaio
Resistência de referência
Resistência aos 7 dias
(28 dias)
≥ 16
NP EN 196-1
≥ 32,5 e ≤ 52,5
Apresenta-se seguidamente, no quadro 3.4, a caracterização física:
Quadro 3.4 – Características físicas do cimento
Propriedades
Método de ensaio
Valor especificado
Princípio de presa
NP EN 196-3
≥ 75 min
Expansibilidade
NP EN 196-3
≤ 10 mm
3.2.2. AGREGADOS
Os agregados escolhidos para a constituição da mistura foram uma areia natural e duas britas com
granulometrias distintas, denominadas por brita 1 (fina) e brita 2 (grossa) em função da que apresenta
partículas com menor ou maiores dimensões, respectivamente.
Foram determinadas as seguintes propriedades: massa volúmica e absorção de água. Os ensaios
realizaram-se de acordo com a norma NP EN 1097-6 (2003), “Ensaios das propriedades mecânicas e
físicas dos agregados, Parte 6: Determinação da massa volúmica e da absorção de água”.
Com o objectivo de determinar as dimensões das partículas dos agregados, aplicou-se o método de
peneiração de acordo com a norma NP EN 933-1 (2000), “Ensaios das propriedades geométricas dos
agregados, Parte1: Análise granulométrica – Método de peneiração”.
Determinou-se também o módulo de finura (MF) para cada agregado, com o objectivo de quantificar
de um modo mais simples a granulometria. Recorde-se que este valor é determinado pela soma das
percentagens acumuladas, em massa, dos retidos acumulados nos peneiros da série principal até ao
peneiro 0,125mm, a dividir por 100.
No anexo A, apresentam-se de forma detalhada, as propriedades determinadas destes agregados.
3.2.2.1 Areia
A areia utilizada é uma areia natural 0/4 de leito do rio, de natureza quartzosa, da zona de Zamora. No
quadro 3.5, apresenta-se a sua caracterização em relação à massa volúmica e absorção de água.
25
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Quadro 3.5 – Areia: Massa volúmica e Absorção de água
M
M
M
Média da massa volúmica
impermeável das partículas
-
-
-
MWA₂₄ -
do
material
(Mg/m³)
2,64
Média da massa volúmica das partículas
secas
(Mg/m³)
2,62
Média da massa volúmica das partículas
saturadas com superfície seca
(Mg/m³)
2,63
(%)
0,39
Média da absorção de água
A distribuição granulométrica e a sua representação gráfica encontram-se no quadro 3.6 e na figura
3.1, respectivamente. Esta areia apresenta um módulo de finura de 3,12.
Quadro 3.6 – Distribuição granulométrica da areia
Abertura dos
peneiros
Massa Retida
(Ri)
Percentagem
Retida
Percentagem retida
acumulada
Percentagem
acumulados passados
(mm)
63,0
45,0
31,5
22,4
16,0
11,2
8,0
5,6
4,0
2,0
1,0
0,500
0,250
0,125
0,063
P
Massa da amostra=
(g)
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
12,0
145,8
240,5
372,7
320,4
42,7
3,0
0,0
1143,0
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
1,05
12,76
21,04
32,61
28,03
3,74
0,26
0,00
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
1,05
13,81
34,85
67,45
95,49
99,22
99,48
99,48
(%)
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
98,95
86,19
65,15
32,55
4,51
0,78
0,52
0,52
26
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig.3.1 – Curva de distribuição granulométrica da areia
3.2.2.2 Brita 1 (Fina)
Esta brita é obtida por britagem de rocha de origem ígnea, classificada litologicamente como
granodiorito. Esta brita, designada como brita 1 (fina), é classificada como sendo uma brita 5/10. No
quadro 3.7 é apresentada a sua massa volúmica e a absorção de água.
Quadro 3.7 – Brita 1: Massa volúmica e Absorção de água
M
Média da massa volúmica
impermeável das partículas
-
M
-
M
-
MWA₂₄ -
do
material
(Mg/m³)
2,66
Média da massa volúmica das partículas
secas
(Mg/m³)
2,58
Média da massa volúmica das partículas
saturadas com superfície seca
(Mg/m³)
2,61
(%)
1,33
Média da absorção de água
A distribuição granulométrica e a sua representação gráfica encontram-se no quadro 3.8 e figura 3.2,
respectivamente. O módulo de finura desta brita (Fina) é de 6,10.
27
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Quadro 3.8 – Distribuição granulométrica da brita 1 (Fina)
Abertura dos
peneiros
(mm)
63,0
45,0
31,5
22,4
16,0
11,2
8,0
5,6
4,0
2,0
1,0
0,500
0,250
0,125
0,063
P
Massa da
amostra=
Massa Retida Percentagem
(Ri)
Retida
(g)
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
615,0
1536,0
741,0
90,0
9,0
3,0
3,0
4,0
4,0
1,0
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
20,30
50,69
24,46
2,97
0,30
0,10
0,10
0,13
0,13
0,03
Percentagem
retida acumulada
Percentagem
acumulados passados
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
20,30
70,99
95,45
98,42
98,71
98,81
98,91
99,04
99,17
99,21
(%)
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
79,70
29,01
4,55
1,58
1,29
1,19
1,09
0,96
0,83
0,79
3030,0
Fig.3.2 – Curva de distribuição granulométrica da brita 1 (Fina)
28
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
3.2.2.3 Brita 2 (Grossa)
A brita 2 (grossa) foi obtida por britagem de rocha de origem ígnea, classificada litologicamente como
granodiorito. No quadro 3.9, encontram-se indicados os valores relativos à massa volúmica e à
absorção de água.
Quadro 3.9 – Brita 2: Massa volúmica e Absorção de água
M
M
M
Média da massa volúmica do material
impermeável das partículas
Média da massa volúmica das partículas
secas
Média da massa volúmica das partículas
saturadas com superfície seca
Média da absorção de água
-
MWA₂₄ -
(Mg/m³)
2,65
(Mg/m³)
2,61
(Mg/m³)
2,62
(%)
0,6
No quadro 3.10 e na Fig. 3.3, apresentam-se a distribuição granulométrica e a sua representação
gráfica, respectivamente. A brita 2 (Grossa) apresenta um módulo de finura de 8,28.
Quadro 3.10 – Distribuição granulométrica da brita 2 (Grossa)
Abertura dos
peneiros
Massa Retida
(Ri)
Percentagem
Retida
(mm)
63,0
(g)
0,0
(%)
0,00
(%)
0,00
(%)
100,00
45,0
31,5
22,4
16,0
11,2
8,0
0,0
4857,3
10040,4
840,5
25,7
1,0
0,00
30,71
63,47
5,31
0,16
0,01
0,00
30,71
94,17
99,49
99,65
99,66
100,00
69,29
5,83
0,51
0,35
0,34
5,6
4,0
2,0
1,0
0,500
0,250
0,5
0,0
0,5
0,7
1,5
4,3
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,03
99,66
99,66
99,66
99,67
99,68
99,70
0,34
0,34
0,34
0,33
0,32
0,30
0,125
0,063
P
6,1
5,8
1,4
0,04
0,04
0,01
99,74
99,78
99,79
0,26
0,22
0,21
Massa da amostra=
15819,2
Percentagem retida
Percentagem
acumulada
acumulados passados
29
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Representação gráfica dos resultados
Percentagem cumulativa que passa (%)
100,00
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
63,0
31,5
16,0
8,0
4,00
2,00
0,500
0,250
0,125
0,063
0,00
1,00
10,00
Abertura quadrada dos peneiros (mm)
Fig.3.3 – Curva de distribuição granulométrica da brita 2 (Grossa)
3.2.3. ADIÇÃO MINERALÓGICA
A adição mineralógica foi acrescentada numa outra composição em comparação com a composição de
referência denominada como “normal”. Na nova composição, uma porção de areia foi substituída por
saibro corrente.
A extração deste saibro ocorreu na zona Sul do concelho de Barcelos, mais exatamente na freguesia de
Rio Côvo Santa Eulália. De acordo com a classificação da cadeia hercínica da Península Ibérica, o
local da extração integra a unidade paleogeográfica designada como Zona Centro-Ibérica. Esta zona
geológica é a que apresenta maior extensão no território nacional, sendo as suas características mais
marcantes a presença de rochas paleozóicas assim como, em grandes extensões, de rochas do PréCâmbrico. É de salientar que as rochas existentes são predominantemente os granitos, sendo este
saibro resultado da decomposição química e física dessas rochas com mistura de areia e cascalho
(Ribeiro, 1979 e Ribeiro, 1981).
A porção de solo extraído e utilizado na parte experimental do presente trabalho é apresentado na Fig.
3.4. Será realizada uma caracterização química e física, através da execução de alguns ensaios que se
encontram expostos de seguida.
30
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig.3.4 – Saibro após extracção
3.2.3.1 Análise granulométrica
O material extraído que funcionará como adição foi alvo de uma análise granulométrica. Por se tratar
de um solo e devido à aparente existência de muitas partículas de pequenas dimensões, a avaliação das
dimensões granulométricas realizou-se por peneiração húmida.
Esta análise seguiu o procedimento expresso na especificação do LNEC E239 (1970), “Solos –
Análise granulométrica por peneiração húmida”. No entanto, foi efectuada uma ligeira adaptação
dessa referência normativa, procedendo-se à alteração de alguns pontos, com o intuito de obter uma
granulometria para a série de peneiros principais/ Europeus em vez da série de peneiros ASTM, pois é
a que se encontra estipulada nesta especificação. Acrescente-se ainda que, de acordo com essa
especificação, para a preparação do solo foi seguida a especificação do LNEC E195 (1966), “Solos –
Preparação por via seca de amostras para ensaios de identificação”. Seguidamente descrevem-se os
principais passos do procedimento experimental e alguns aspectos complementares às normas
referidas.
Após a recolha do solo este foi ligeiramente desagregado, já em laboratório, com o objectivo de
desagrupar eventuais torrões e seguidamente levado à estufa (105-110°C). No dia seguinte, retirou-se
o solo da estufa, sendo colocado às condições ambientes do laboratório (temperatura e humidade)
durante alguns dias.
A selecção da fracção necessária à determinação da granulometria, efectuou-se através do método de
esquartelamento tal como se ilustra na Fig. 3.7.
31
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig.3.7 – Esquartelamento do material
O material é dividido na fracção que passa o peneiro de 2 mm e na que fica retida nesse mesmo
peneiro (Fig. 3.8), sendo posteriormente lavado o material retido (Fig. 3.9) e pesado após nova
secagem em estufa (Fig. 3.10).
Fig. 3.8 – Porção da amostra separada no peneiro de 2,00 mm
32
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 3.9 – Lavagem do material retido no peneiro de 2,00 mm
Fig. 3.10 – Material retido (após nova secagem) e passado no peneiro de 2,00 mm
Tal como indica a especificação seguida, uma porção do material passado no peneiro de 2mm (cerca
de 50g) foi alvo de um processo especial para que se tornasse possível uma completa separação das
partículas existentes na amostra. Este procedimento consiste em colocar a tal porção num copo de
precipitação contendo previamente dissolvidos 250 cm³ de água e 0,5g de hexametafosfato de sódio.
Após agitar bem a mistura, com auxílio de uma vareta de vidro, deixou-se repousar durante 1 h e 30
min.
33
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 3.11 – Copo de precipitação com a mistura, em fase de repouso
Após repouso, a suspensão foi transferida para um peneiro de 0,063 mm, onde foi lavada por meio de
um jacto de água.
Fig. 3.12 – Material retido no peneiro de 0,063 mm
Depreza-se o material que passa o peneiro de 0,063 mm, transferindo o restante para um recipiente
onde foi efectuada nova secagem do material em estufa.
Após a secagem e estabilização da massa, realizaram-se as peneirações, possibilitando assim
determinar as quantidades percentuais e realizar a sua representação granulométrica (Fig. 3.13). Os
resultados percentuais desta determinação encontra-se no quadro 3.11. No anexo A.4 esquematiza-se
de forma detalhada o processo de cálculo utilizado na determinação granulométrica da adição.
34
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Quadro 3.11 – Distribuição granulométrica da adição mineralógica
Abertura dos
peneiros
Percentagem
acumulados passados,
da amostra total
(mm)
(%)
63,0
100,00
45,0
100,00
31,5
100,00
22,4
100,00
16,0
100,00
11,2
100,00
8,0
98,64
5,6
94,75
4,0
90,48
2,0
69,80
1,0
50,74
0,500
36,11
0,250
24,48
0,125
14,51
0,063
7,08
P
-
Fig. 3.13 – Curva de distribuição granulométrica da adição mineralógica
35
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
3.2.3.2. Análise mineralógica
Estando em presença de um solo, o estudo das partículas finas existentes foi analisado com algum
detalhe. Este aspecto assume importância pois, tal como determinado no ponto 3.2.3.1., a sua
quantidade ainda é significativa, sendo relevante salientar que a presença de algumas destas partículas,
se não forem devidamente controladas, podem ser prejudiciais para o betão, se em quantidades
suficientes para tal.
As partículas finas de menores dimensões (inferiores a 2 µm) são as argilas, enquanto que as partículas
de silte e pó de pedra apresentam dimensões entre 2 µm e 60 µm.
As principais acções gravosas das partículas argilosas passam pela criação de uma película que impede
a cristalização regular e homogénea dos componentes hidratados, assim como, poderão impedir a
perfeita ligação cimento-inerte. Já as partículas de silte e de pó de pedra, não apresentam tanta
perigosidade devido à reduzida influência no processo de crescimento e colagem dos cristais do
cimento hidratado (Coutinho, 1997a).
Acrescente-se ainda que, quantas mais partículas finas existirem, a quantidade de água necessária para
manter a mesma trabalhabilidade será imperativamente maior, alterando a relação água/cimento
existente. Outro aspecto muito importante é o facto de estas partículas permitirem corrigir a
granulometria existente dos agregados ou até da pasta de cimento.
De acordo com o Anexo D da norma NP EN 12620 (2004), “Agregados para betão”, os finos devem
ser considerados não prejudiciais quando qualquer uma das 4 condições seguintes se verificar:
Teor total de finos (<0,063mm) do agregado fino inferior a 3%;
b) Valor do equivalente de areia (SE) superior a um limite inferior especificado;
c) Valor do ensaio de azul de metileno (MB) inferior a um determinado limite especificado;
d) Desempenho equivalente ao de um agregado considerado satisfatório, ou quando haja
evidência do seu emprego satisfatório (sem que tenham resultado problemas).
a)
Por sua vez, a especificação LNEC E467 (2005), “Agregados pata betões: Características e requisitos
de conformidade”, estabelece as características que os agregados, abrangidos pela NP EN 12620,
devem respeitar para poderem ser utilizados em Portugal no fabrico de betões. Esta especificação
estabelece, no que respeita à qualidade dos finos, os seguintes requisitos/conformidade (segundo a NP
EN 12620):
Equivalente de areia: SE ≥ 80,0 (âmbito: agregados finos com mais de 3% de finos);
Azul de metileno: MB ≤ 6g/Kg de finos (âmbito: todos os agregados com mais de 3% de
finos).
Assim, esta especificação concretiza os limites previstos nas alineas b) e c) do Anexo D da norma NP
EN 12620.
Concretamente quanto aos agregados finos (areias) utilizadas nas composições “normal” e “alterada”
dos betões do presente estudo, verifica-se que a percentagem de finos no agregado fino do betão
normal, correspondente a 100% da areia é de 0,52% Quanto ao agregado fino do betão alterado,
correspondente a uma mistura de 90% da areia com 10% de saibro, é de 0,9x0,52% + 0,1x7,08% =
1,18%, valor ainda inferior a 3%. Conclui-se, assim, que a utilização deste saibro nestas proporções de
mistura no frabrico do betão, se encontra em conformidade com a normalização vigente quanto a
agregados.
Foi realizada também uma análise expedita, com o intuito de constatar se a existência de argila era
significativa através de uma avaliação táctil e olfactiva. Na avaliação táctil, constatou-se a presença,
36
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ainda que em pequeníssima quantidade a existência de algumas partículas de argila. Para realizar a
análise olfactiva, bafejou-se, com vapor de água, uma porção da amostra, verificando que não houve
libertação dos odores característicos.
Deste modo, pode-se concluir que o saibro utilizado apresenta alguns elementos argilosos, no entanto
a sua quantidade é muito reduzida (praticamente insignificante).
O saibro utilizado no presente trabalho foi também sujeito a uma difractometria de raios X, onde se
obteve a sua caracterização mineralógica. Através desta foi possível identificar as fases cristalinas
existes e seus minerais argilosos associados.
Os difractogramas encontram-se no anexo B, permitindo verificar a existência dos minerais esmectite,
ilite, caulinite e gortite.
3.3. PROPRIEDADES DA MISTURA
3.3.1. CONSIDERAÇÕES E DISPOSIÇÕES NORMATIVAS
A estruturação e definição das propriedades da mistura assentam em três princípios base, que servem
como ponto de partida e orientação ao longo deste processo.
Em primeiro lugar, procurou-se determinar as limitações e aspectos normativos existentes para assim
se poder estipular algumas das características base.
O segundo foi a aplicação das curvas de referência, mais concretamente a de Faury, como método de
determinação da composição granulométrica. Para além de ser um dos métodos mais aplicados, esta
metodologia foca, com especial atenção, as condicionantes da trabalhabilidade.
O terceiro aspecto não representa um ponto de partida, mas sim uma característica orientadora e
definidora ao longo de todo o processo. As opções e características adoptadas assumem propriedades
que tendem a reproduzir as condições normalmente encontradas em obra, ou considerações práticas
tomadas para a generalidade das obras correntes.
Para que o betão satisfaça os requisitos de desempenho estabelecidos durante o período de vida útil
definido, é necessário que apresente um comportamento adequado às acções ambientais em que se
encontra. A norma NP EN 206-1 (2007) define quer as classes de resistência à compressão, quer as
classes de exposição relacionadas com as acções ambientais, estabelecendo-se de acordo com esta
última classificação determinadas exigências consagradas na Especificação LNEC E464 (2007),
“Betões: Metodologia prescritiva para uma vida útil de projecto de 50 e 100 anos face às acções
ambientais”, conforme previsto no Documento Nacional de Aplicação da norma NP EN 206-1.
Nas obras de pequenas dimensões e de uso corrente com aplicação de estruturas de betão armado, a
exposição ao ar e à humidade, correspondente ao risco de corrosão das armaduras induzida por
carbonatação do betão (XC), apenas se materializa claramente nas fundações, já que o restante betão
estrutural é normalmente revestido (pintura, reboco, etc.).
Assim, foi escolhida a classe XC2 por se referir a ambiente húmido, raramente seco com exemplos
informativos de “muitas fundações” ou “betão armada enterrado em solo não agressivo” e corresponde
à máxima exigência para betões de construções correntes.
Os “requisitos de durabilidade” correspondentes à classe de exposição XC2 encontram-se indicados no
no quadro 3.12.
37
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Quadro 3.12 – Características adoptadas e exigências normativas
Classe de Resistência
C 25/30
Classe de exposição XC2
A/C ≤ 0.6
(NP EN 206-1, 2007)
C25/30
Anexo F
C ≥ 280 Kg/m³
Classe de exposição XC2
(LNEC E464, 2007)
A/C ≤ 0.65
C25/30
C ≥ 260 Kg/m³
A aplicação do método de Faury pressupõe a definição de algumas características do betão que serão
expressas em função dos parâmetros e também resultantes da definição da dimensão máxima do
agregado existente na mistura.
Apesar de ter sido utilizada a séria de peneiros europeus em todas as análises granulométricas, foi
realizada uma análise granulométrica expedita com os peneiros da série americana (ASTM) com o
objectivo de averiguar, de forma mais exacta, a dimensão máxima das partículas da mistura. Esta
análise permitiu constatar que uma percentagem inferior a 10% fica retida no peneiro de 37,5mm
(peneiro da série ASTM imediatamente abaixo do peneiro de 45mm). Este procedimento ficou-se a
dever ao facto de não se ter disponíveis no LEMC peneiros secundários da série europeia entre as
dimensões 31,5mm e 45mm.
A análise exaustiva desta característica prende-se com o facto da dimensão máxima das partículas ser
extremamente importante na definição de algumas propriedades do betão. Como tal, optou-se por fixar
a dimensão máxima das partículas do agregado nos 37,5mm, fornecendo características mais reais da
mistura em análise.
No quadro 3.13 apresentam-se os valore obtidos para os parâmetros A e B de Faury (Coutinho,
1997b).
Quadro 3.13 – Definição dos parâmetros de Faury
Parâmetros de Faury:
D=37,5 mm
Natureza dos
Agregados
Meios de
compactação
Areia Natural
Britas
A= 23,5
B= 1,5
Vibração média
Com a definição dos parâmetros de Faury (quadro 3.13), será possível aplicar as fórmulas empíricas
(3.1.), (3.2.) e (3.3.) da autoria do Professor Joaquim Sampaio, válidas para cimentos da classe de
resistência 32,5, para betões com consistência intermédia e sem adjuvantes.
Estas fórmulas destinam-se a estimar valores para a dosagem de cimento, para a quantidade de água da
amassadura e para o volume de vazios, por unidade de volume de betão (1 m³).
38
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Determinação da quantidade de cimento e verificação normativa:
C (recomendado) =
20( fck cubo + 10 )
5
D
20(30 + 10)
=
5
37,5
= 387,5 Kg
(3.1.)
C (adoptado) = 350Kg ≥ 280 Kg (Cumpre NP EN 206-1, 2007 e LNEC E 464, 2007)
Estimativa da quantidade de água e verificação:
A (recomendado) = 165 + 0,2(C-300 ) = 165 + 0,2(350-300 ) = 175L
A
C
= 175
350
(3.2.)
= 0,5 < 0,6 (Cumpre a norma e a especificação referidas)
Estimativa do volume de vazios:
υv =
45 − 0.03x350
5
D
=
45 − 0.03x350
5
37,5
= 16,71 L
(3.3.)
Aplicando a fórmula fundamental da composição do betão e tomando como consideração a unidade de
volume do betão:
c + m + a + υv = 1
(3.4.)
Onde,
c = volume unitário de cimento;
m = volume unitário do agregado;
a = volume unitário de água;
υ v = volume unitário de vazios.
Considerando o m³ como a unidade de volume e efectuando-se a transformação dos volumes definidos
anteriormente em massa, determinar-se-á a seguinte expressão:
350
3100
+ m + 150
1000
1 + 0,01671 = 1
m =0,6954 m³/m³ (volume sólido de agregado)
Percentagem do volume de cimento em relação ao volume sólido total ( pc ):
c
pc =
=
c + m 350
350
3100
= 13,97%
+ 0,6954
3100
(3.5.)
39
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Após a determinação dos valores base e sua verificação normativa, procedeu-se à aplicação do método
da curva de referência de Faury.
3.3.2. CURVA DE REFERÊNCIA DE FAURY
Este método tem como objectivo a determinação das proporções dos diferentes constituintes sólidos da
mistura. Assim sendo, é estipulada uma curva considerada como ideal (curva de referência de Faury),
efectuando-se uma tentativa de aproximação da curva real a essa mesma curva.
Determinação da ordenada de caracerística de Faury para a abcissa D/2:
YD = A + 175 37,5 +
2
B
R
YD = 23,5 + 175 37,5 +
2
D
− 0,75
(3.6.)
Considerando R=D
1,5
⇔ YD = 64,6%
2
1 − 0,75
A consideração de R=D corresponde à maximização da última parcela de YD
e , por conseguinte, a
2
considerar uma curva granulométrica com menor módulo de finura que, como é sabido, confere maior
trabalhabilidade ao betão.
Com os valores definidos nas expressões anteriores, torna-se possível definir os dois segmentos de
recta que constituem a curva de referência de Faury, que inclui o cimento, e logo de seguida a curva de
referência apenas com os agregados (Fig. 3.14). A utilização deste método foi adoptada pois esta toma
em consideração aspectos como a consistência do betão, forma do agregado e efeito de parede
(Coutinho, 2003).
Estabelecida a curva de referência teórica para a mistura dos agregados, aplicou-se esta metodologia
por tentativas, através do ajuste de sucessivos peneiros à curva de referência (de agregados apenas),
definindo-se assim percentagens aparentemente convenientes para a mistura pretendida.
Tendo como base os valores percentuais anteriores realizou-se um pequeno ajuste, levando a que a
curva real passasse acima da curva ideal (referência), formando uma ligeira “barriga concava” na zona
dos finos, tal como se poderá verificar através da Fig. 3.12. A curva real é representa na Fig. 3.12 com
a cor azul e a curva ideal é representada como a curva m.
Chegou-se assim à definição das seguintes percentagens para os agregados, na mistura dos mesmos:
Areia: 40%;
Brita 1: 20%;
Brita 2: 40%;
As quantidades para as proporções determinadas estabelecem-se no quadro 3.14.
40
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 3.14 – Composição do Betão - Método de Faury
Quadro 3.14 – Distribuição granulométrica da mistura
Abertura dos
peneiros
Percentagem
Retida
Percentagem retida
acumulada
Percentagem
acumulados passados
(mm)
(%)
(%)
(%)
63,0
0,00
0,00
100,00
45,0
0,00
0,00
100,00
31,5
12,28
12,28
87,72
22,4
25,39
37,67
62,33
16,0
2,13
39,80
60,20
11,2
0,06
39,86
60,14
8,0
4,06
43,92
56,08
5,6
10,14
54,06
45,94
4,0
5,31
59,37
40,63
2,0
5,70
65,07
34,93
1,0
8,48
73,55
26,45
0,500
13,07
86,61
13,39
0,250
11,24
97,86
2,14
0,125
1,54
99,39
0,61
0,063
0,15
99,54
0,46
P
0,01
99,55
0,45
41
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
3.3.3. PERCENTAGEM DE AREIA SUBSTITUÍDA
A aplicação da adição mineralógica consistirá em substituir uma porção da areia pelo extrato de solo
em estudo.
Por vezes é usual em algumas obras de Engenharia Civil, mais vulgares e de menor envergadura e/ ou
exigência técnica, a incorporação nos agregados utilizados de pequenas porções de solo excedente
devido às escavações das fundações ou outros elementos.
Essa porção que irá entrar na nova constituição fixou-se, para efeitos de estudo, em 10% da areia
inicialmente existente, mantendo-se invariáveis as quantidades dos restantes agregados assim como do
cimento estabelecido.
3.3.4. QUANTIDADE DE ÁGUA
A quantidade de água a adoptar na execução do betão é um factor que influencia a generalidade das
propriedades, mas também os aspectos que permitem reproduzir as condições reais.
Um bom betão terá que obedecer a dois grandes critérios. Por um lado terá que possuir capacidade
suficiente de desempenho no seu estado endurecido às várias solicitações comportamentais, mas
também apresentar características de trabalhabilidade adequadas durante os processos de execução,
transporte e colocação. Estes dois lados da balança não são, em algumas das vezes, considerados e
apreciados em conjunto (Neville, 1995).
Em obra, o factor que determina a quantidade de água baseia-se na trabalhabilidade para o betão fresco
e não uma determinada relação A/C pré-estipulada. Como tal, será fixado um valor para a
trabalhabilidade, efectuando-se posteriormente o acerto de água necessária para adquirir essa
determinada caracteristica.
De acordo com Coutinho (1997b), a trabalhabilidade define-se como a maior ou menor facilidade com
que o betão é transportado, colocado, compactado e acabado e a maior ou menor facilidade com se
desagrega ou segrega durante estas operações. Este aspecto engloba todo um conjunto de propriedades
(coesão, viscosidade, segregação, massa volúmica, etc.) que influenciam o seu desempenho. Ao
procurar-se manter a mesma trabalhabilidade está-se a procurar uniformizar o desempenho global de
todos estes aspectos (Neville, 1995).
Ao adoptar igual trabalhabilidade para misturas ligeiramente distintas, como as apresentadas,
possivelmente as quantidades e respectivas relações A/C serão tambem diferentes entre si. Para avaliar
e controlar a trabalhabilidade aplicou-se o Ensaio de abaixamento (cone de Abrams) para medição da
consitência do betão, seguindo a norma NP EN 12350-2 (2009), “Ensaios de betão fresco, Parte 2:
Ensaio de abaixamento”. Acrescente-se que este ensaio encontra-se generalizado em todos os
estaleiros devido á sua simplicidade de aplicação, sendo até o ensaio mais utilizado universalmente.
Como tal, procurou-se um valor para o abaixamento normalmente empregue durante a fase de
execução das obras de construção.
Para efeitos de estudo, fixou-se o valor de abaixamento de 90 ± 10mm, que se insere, de acordo com
NP EN 206-1, na Classe de abaixamento S2, encontrando-se porém muito próximo da Classe de
abaixamento S3. Definida a trabalhabilidade, foi quantificada a água necessária para ambos os casos
em estudo. Na Fig. 3.15, encontra-se a medição deste abaixamento durante a execução das betonagens,
sendo o processo de amostragem do betão fresco realizado de acordo com o indicado na norma NP EN
12350-1 (2009), “Ensaios do betão fresco, Parte1: Amostragem”.
42
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 3.15 – Ensaio de abaixamento do Cone de Abrahms
Tal como referido, o ensaio de abaixamento do cone de Abrams seguiu as disposições da norma NP
EN 12350-2 (2009), verificando que em todos estes ensaios o abaixamento foi considerado como
verdadeiro, pois os seus componentes baixaram sem se separarem, concluindo-se deste modo que o
betão apresentava uma plasticidade e uma coesão satisfatórias (Fig. 3.15).
De acordo com Neville (1995), este ensaio analisa, essencialmente, a consistência do betão fresco que
é influênciado significativamente pela quantidade de água (teor de humidificação). Apesar de
granulometrias distintas e quantidades de água possivelmente também o serem, ao partirmos de uma
igual trabalhabilidade, tender-se-á a aproximar as condições inicias de hidratação entre as misturas.
O quadro 3.15 apresenta a quantidade de água medida que foi necessária para a obtenção dos 90mm de
abaixamento estabelecidos, assim como o valor da relação água cimento para as duas misturas em
análise.
Quadro 3.15 – Quantidade de água e relação água/cimento
Mistura
Quantidade de água (L/m³)
A/C
Normal
194,00
0,55
Alterada
195,80
0,56
dasdasdaasdasdasd
Acrescente-se também que durante os processos de amassadura verificou-se que não haveria
necessidade de aplicar adjuvantes para que os trabalhos se realizassem com as condições desejadas ou
até exigidas, tais como a segregação. Deste modo, foi possível reduzir a interferência de outros
factores.
43
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
3.4. EXECUÇÃO, MOLDAGEM E CURA DOS PROVETES
Todas as etapas desde a preparação até aos últimos ensaios foram executadas no Laboratório de
Ensaio de Materiais de Construção (LEMC) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.
A betoneira utilizada foi uma betoneira-misturadora de eixo vertical de 120 litros, tal como é ilustrado
na Fig. 3.16.
Fig. 3.16 – Execução da amassadura
Descreve-se seguidamente, por ordem cronológica, o modo como se introduziram os materiais e foram
executados os respectivos procedimentos:
Inicialmente, com a betoneira ainda em repouso e ligeiramente humedecida, foram introduzidos pela
seguinte ordem os materiais: brita grossa, brita fina e areia. Na mistura em que houve a adição
mineralógica do saibro, a introdução deste realizou-se imediatamente após a areia.
Após a rotação da betoneira com os agregados durante um minuto, parou-se a betoneira onde se
adicionou o cimento, reiniciando-se o movimento após esta operação.
Introduziu-se uma parte da água, deixando a betoneira girar durante três minutos, adicionando-se um
pouco mais de água até que a mistura apresentasse uma cor e consistência, aparentemente, uniformes.
Após a obtenção das características referidas no ponto anterior, procedeu-se à paragem e à aferição da
trabalhabilidade do betão fresco, através do ensaio de abaixamento do cone de Abrahms.
Entre cada medição do abaixamento, reinicia-se o movimento da betoneira, mantendo-se esta em
movimento durante cada adição de água.
Saliente-se que durante a execução das amassaduras, foi tomada bastante atenção com o intuito de
evitar que as partículas de menores dimensões se “colassem” ao tambor e às pás da betoneira. Quando
tal aconteceu, parou-se de imediato a betoneira, retirando-se essas partículas das zonas em que se
encontravam, misturando-as manualmente e reiniciando de imediato o movimento da betoneira. Este
procedimento teve por intenção manter a mistura o mais homogénea possível.
O procedimento durante a moldagem, desmoldagem e cura seguiu as indicações estipuladas na norma
NP EN 12390-2 (2009), “Ensaios do betão endurecido, Parte 2: Execução e cura dos provetes para
ensaios de resistência mecânica”. Apesar de tais indicações apenas serem respeitantes aos ensaios
44
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
mecânicos, todos os provetes destinados à realização dos ensaios restantes, seguiram a mesma
metodologia.
Na figura 3.17, encontra-se representado o dispositivo de compactação utilizado, sendo este um
vibrador eléctrico de imersão (agulha). De seguida, foi colocada uma “película aderente” na superfície
superior dos moldes, ou seja, na superfície que se encontra em contacto com o ambiente, para que os
provetes tivessem uma cura adequada, evitando-se assim uma secagem prematura.
Fig. 3.17 – Vibração do betão
Os provetes foram colocados em ambiente de laboratório durante cerca de 24 horas (Fig. 3.18), até se
proceder à desmoldagem e colocação na câmara húmida a 20°C ± 2°C e a humidade relativa de 98% ±
2% (≥95%). Os provetes foram mantidos na câmara húmida, nas condições referidas, até à data do
respectivo ensaio.
Fig. 3.18 – Cilindros (esquerda) e cubos (direita) moldados, no estado fresco
45
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
3.5. ESTADO ENDURECIDO
No estado endurecido, foram analisadas e testadas algumas propriedades do betão. Na presente secção
do trabalho encontram-se, para além da abordagem explicativa de alguns dos ensaios realizados, as
metodologias adoptadas, as considerações e características dos ensaios executados.
Os ensaios realizados têm como objectivo avaliar e comparar algumas das propriedades e
características de cada betão considerado. Foram assim testadas a resistência à compressão, a absorção
de água por capilaridade e por imersão.
Importa referir que, à excepção dos ensaios de resistência à compressão (aos 7 e 28 dias), procurou-se
que quando os corpos de prova fossem sujeitos aos restantes ensaios apresentassem já uma
estabilização considerável da sua microestrutura. Ao ser considerado uma fase em que a hidratação
esteja praticamente completa, será possível estabelecer uma avaliação mais aproximada e condizente
com o desempenho do betão a longo prazo.
3.5.1. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
A resistência à compressão é a propriedade mecânica que normalmente se encontra mais valorizada
apesar de em muitas situações as características relacionadas com a durabilidade serem aquelas que
mais condicionam e que deviam ser alvo de maior consideração (Neville, 1995).
O betão como elemento estrutural tem de apresentar a resistência necessária para suportar as
solicitações a que estará sujeito, caso contrário será ultrapassada a tensão máxima de resistência, o que
levará a que ocorra a rotura do material. De acordo com L’Hermite (1959) a ruína, segundo uma
análise de engenheiro, pode ser entendida quando se apresentam os seguintes aspectos:
- separação de um sólido contínuo com dois ou mais pedaços distintos;
- carga máxima suportada por uma peça solicitada de maneira geometricamente fixa;
- estado de deformação ou fissuração de tal modo excessivo que o material já não é utilizável.
A tensão de rotura permite definir a resistência à compressão das composições estudadas e enquadrar
tais valores nas respectivas classes de betão. Será importante a comparação da resistência com o valor
pré-definido durante a fase de estudo da composição, aferindo-se assim a verificação da resistência
mínima estipulada inicialmente.
Apesar da resistência do betão depender de variadíssimos factores, intra e extra betão, as forças de
coesão são fornecidas pelo aumento da superfície específica das partículas do cimento durante o
processo de hidratação. Deste modo, compreende-se que a capacidade resistente é tanto maior, quanto
menor a quantidade de espaços “livres” na estrutura interna do betão.
A avaliação da capacidade de rotura espelha a estrutura porosa existente, possibilitando assim
diagnosticar a qualidade geral do betão.
3.5.1.1 Ensaio
O ensaio de resistência à compressão foi realizado de acordo com a norma NP EN 12390-3 (2009),
“Ensaios do betão endurecido, Parte 3: Resistência à compressão dos provetes de ensaio”.
Executaram-se duas sessões de ensaio, ou seja, testou-se a resistência à compressão aos 7 e aos 28 dias
de 3 cubos com 15cm de aresta de cada tipo de mistura em estudo no trabalho, em cada sessão.
46
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
O procedimento de ensaio consistiu em submeter o corpo de prova até à rotura numa máquina de
ensaio de compressão, sendo assim possível determinar a resistência à compressão do betão.
Iniciou-se o processo de ensaio com uma limpeza das superfícies da máquina de ensaio, removendo-se
também o excesso de humidade das superfícies do provete. Acrescente-se que não foi necessário
efectuar a rectificação dos provetes.
Após a determinação da massa e medição das dimensões do provete, o corpo de prova foi colocado no
prato da máquina de compressão para que a carga fosse aplicada perpendicularmente à direcção de
moldagem.
Iniciou-se a aplicação da carga, de acordo com o estipulado na norma deste ensaio, até que fosse
atingida a rotura.
A resistência à compressão é calculada de acordo com a seguinte expressão (3.7.):
fc =
F
Ac
(3.7)
f c - Resistência à compressão (MPa);
F - Carga máxima à rotura (N);
Ac - Área da secção transversal do provete na qual a força de compressão foi aplicada (mm²).
3.5.2. ABSORÇÃO DE ÁGUA POR CAPILARIDADE
A ocorrência deste mecanismo de transporte resulta da formação de uma tensão capilar na estrutura do
betão. É um mecanismo que pode ocorrer nas estruturas de betão, tendo portanto havido a necessidade
do estudo deste fenómeno, para assim avaliar e determinar os seus possíveis efeitos na durabilidade.
Tal como analisado no subcapítulo 2.4, durante muitos anos a análise dos aspectos de durabilidade
basearam-se unicamente na propriedade permeabilidade. Contudo, ao verificar-se uma degradação
prematura (relativamente ao período de vida útil estimado) muito significativa de certas estruturas de
betão armado, levou a que fossem avaliadas e repensadas as condicionantes actuantes que originassem
a possível deterioração (Coutinho, 1998).
A permeabilidade caracteriza o fluxo (contínuo e constante) de água resultante de um gradiente de
pressão hidráulica. Apesar de poderem existir condições que levem à existência dessas pressões, as
estruturas encontram-se essencialmente submetidas a ciclos de molhagem e secagem. O Betão, ao não
se encontrar saturado, permite a sucção por capilaridade, possibilitando a entrada de água assim como
de agentes agressivos dissolvidos, colocando em risco não só o betão mas sobretudo as armaduras.
Saliente-se também que entre as molhagens a estrutura interna do betão fica “livre”, possibilitando a
reunião das condições que permitam iniciar o processo de corrosão das armaduras.
O processo de molhagem das superfícies (internas) do betão, quando a água absorvida contém
cloretos, implica que estes últimos cristalizem, originando tensões de tracção nos poros, caso exista
uma frente de evaporação, ou então que se acumulem dentro da estrutura após secagem.
Com os sucessivos processos de molhagem e secagem verifica-se um sucessivo aumento da
quantidade de cloretos, reduzindo assim a “capacidade de evaporação” no interior da estrutura do
betão (Nilsson, 1995).
47
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Deste modo, compreende-se que a absorção capilar não age, por si só, como processo de deterioração
pois, caso exista um recobrimento adequado das armaduras e uma qualidade do betão não muito fraca,
não apresenta capacidade para transportar os cloretos até ao local em que a armadura se encontra.
Porém, através da sucção capilar, os cloretos são transportados rapidamente até uma determinada
profundidade, reduzindo substancialmente a distância que depois será necessária para alcançar as
armaduras, através do processo de difusão (Stanish et al., 2000).
Compreende-se então que a análise deste mecanismo assume fulcral importância na avaliação da
durabilidade das construções em betão armado. Procede-se, de seguida, à análise detalhada deste
fenómeno.
A tensão capilar é quantificada de acordo com a equação (3.8.).
O peso da coluna de água necessário para que tal força se anule será (Coutinho et al., 1994):
P=
2γ
= ρh
r
(3.8.)
P - Pressão que faz mover o líquido (g/mm²);
ρ - Peso específico da água (g/mm³)
h - Altura (mm)
No entanto, a altura atingida é inferior àquela que conduz a um equilíbrio estático devido ao processo
de evaporação.
A velocidade ( v ) de um fluido num capilar (caso esse capilar seja relativamente grande em relação à
trajectória média das moléculas do fluido devido à agitação térmica – superior a cerca de 0,1µm) é
dado pela lei de Poiseuille, equação (3.9.), (Coutinho et al., 1994):
v=
r2 P
8η L
(3.9.)
r - Raio do capilar (mm);
η - Viscosidade do líquido (g.s/mm²);
L - Comprimento da altura de sucção do líquido (mm).
Tendo em consideração as leis da cinemática ( v = L/t) e como:
γ = 75 x10 −4 g/mm;
ρ = 1x10 −3 g/mm³;
η = 13 x10 −8 g.s/mm².
Através da aplicação das equações (3.8.) e (3.9.), é possível determinar a altura de ascensão capilar
(3.10.):
L ≅ 120 rt
Com,
48
(3.10.)
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
L e r - em milímetros;
t - segundos
De acordo com o demonstrado, constata-se que a sucção capilar é proporcional à raiz quadrada do
tempo e do raio do capilar. Contudo os poros capilares não se apresentam de modo individualizado e
especificamente definidos, pois estão integrados num complexo sistema irregular (rede porosa) com
características extremamente díspares entre os poros existentes.
Porém consegue-se apresentar algumas ilações de acordo com as características da rede porosa. De um
modo generalizado, quanto menor for o tamanho dos poros maior será a pressão capilar assim como a
altura atingida. Em contrapartida, com poros de maiores dimensões, as alturas serão menores, mas os
volumes de água absorvidos são superiores. Porém, estas relações de comportamento, não podem ser
associadas a uma relação directa de A/C, pois a variação deste parametro não só altera os diâmetros
dos poros assim como implica uma mudança nas interconexões existentes.
Hall (1989 apud Chan et al., 1987) através de variadas experimentações constatou que os espécimes
que tinham as bases mergulhadas entre 2 a 5mm apresentavam uma absorção proporcional à raiz
quadrada do tempo. Através desta relação é possível de definir o coeficiente de absorção, sendo este
dado por:
i = A + S .t 0,5
(3.11.)
quantidade de água absorvida por unidade de área em contacto com a água (mg/mm²);
constante relacionada com a água absorvida pelos poros da superfície de contacto (mg/mm²);
coeficiente de absorção (mg/mm².min 0,5 );
tempo (min).
Através do estabelecimento da relação anterior, torna-se possível caracterizar, de uma forma global,
aspectos influenciados pelo sistema microestrutural, tais como a velocidade de absorção, altura e
volume de água absorvido. Esta caracterização procede-se através das curvas de absorção capilar.
A cinética da absorção capilar apresenta aspectos típicos independentemente das características de
cada betão. Importa pois efectuar uma análise cuidada das curvas de absorção capilar, para uma
melhor compreensão da acção deste mecanismo e análise das propriedades intrínsecas do betão.
A figura 3.19 representa a modelização do processo de absorção capilar através de um diagrama que
expressa a água absorvida por unidade de superfície, em contacto com a água, em função da raiz
quadrada do tempo.
A análise destas curvas permite diferenciar três comportamentos durante o processo de absorção. Estas
variações de comportamento encontram-se delimitadas possibilitando a definição das Fases de 1 a 3
(Azevedo, 2002).
49
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 3.19 – Cinemática de absorção capilar (adaptado de Azevedo, 2002)
A fase de absorção inicial caracteriza-se por um crescimento praticamente linear, correspondendo
essencialmente ao enchimento parcial dos poros de maiores dimensões e que apresentam livre acesso
dentro da estrutura porosa. É o troço que apresenta maior inclinação e no qual se determina o
coeficiente de absorção capilar (S), sendo este último correspondente ao gradiente da curva de
absorção durante a fase esta inicial.
S=
m1 − minicial
(3.12.)
Ax t
A fase posterior, designada por fase de transição, caracteriza-se por uma sucessiva diminuição da
inclinação. No entanto, esta progressão realiza-se de forma cada vez mais lenta, comparativamente à
anterior, reflectindo o preenchimento proporcionalmente maior dos capilares mais finos, tornando esta
fase mais demorada comparativamente à inicial.
Por último é encontrada a fase de estabilização comportamental, pois a quantidade de água absorvida
apresenta-se praticamente constante, indicando o preenchimento da totalidade da rede capilar.
Independentemente das características ou do tipo de ensaio realizado, a aferição dos aspectos
analisados tendo em vista a durabilidade são a quantidade absorvida e o coeficiente de absorção. De
forma natural, os capilares de grandes dimensões apresentam valores superiores de absorção enquanto
que com dimensões inferiores a incorporação de água procede-se em menor quantidade.
Browne (1991) estabelece um diagrama, representado na Fig. 3.20, que possibilita caracterizar a
qualidade do betão através do desempenho do fluxo capilar.
50
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 3.20 – Qualidade do betão em função do coeficiente de absorção S. (Coutinho, 1998 adaptado de Browne,
1991)
3.5.2.1. Ensaio
O ensaio de determinação da absorção de água por capilaridade foi executado seguindo os aspectos
normativos presentes na especificação do LNEC E393 (1993), “Determinação da absorção de água por
capilaridade”.
De acordo com a definição presente nesta especificação, “a absorção de água por capilaridade é a
diferença entre a massa do provete de betão endurecido que esteve com uma das faces em contacto
com água durante um determinado tempo e a massa do provete seco, dividida pela área da superfície
em contacto com a água”. Esta característica pode ser aferida também, de acordo com a mesma
referência normativa, pela “altura média da ascensão capilar medida perpendicularmente à face do
provete que se encontra em contacto com a água”.
Foram submetidos a este ensaio três provetes cilíndricos de cada série considerada com 150 mm de
diâmetro e 300 mm de altura.
Inicialmente, os provetes foram sujeitos a uma secagem em estufa a uma temperatura de 40 ± 5°C
durante 14 dias.
Após o período de secagem, os provetes de ensaio foram colocado no tabuleiro com os respectivos
suportes que permitiram que a superfície inferior contactasse com a água após terem arrefecido nas
condições da sala de ensaio que se encontrava à temperatura ambiente de 20 ± 2°C e com uma
humidade relativa de 65 ± 5%.
Seguidamente, procedeu-se ao enchimento do tabuleiro de um modo cuidado até ser atingido 5 ± 1mm
acima da face inferior do provete, procedendo-se ao tapamento por intermédio de uma campânula e
mantendo o nível de água constante.
As medições foram realizadas 3, 6, 24 e 72 horas após a colocação dos provetes em contacto com a
água. Estas medições efectuaram-se após se retirar o provete do tabuleiro, permitindo que a água da
sua superficie escorresse para o tabuleiro, sendo colocado sobre a base não absorvente para efectuar os
registos pretendidos.
51
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Refira-se que foi registada a massa do provete assim como a altura da água acima da face inferior do
provete (Fig. 3.21). Após a execução destes procedimentos, cada provete foi recolocado no tabuleiro,
mantendo as mesmas características exteriores de ensaio.
Fig. 3.21 – Medição da altura capilar numa das faces do provete cilíndrico
3.5.3. ABSORÇÃO DE ÁGUA POR IMERSÃO
A absorção de água por imersão é uma propriedade que poderá ser tomada em conta quando se
pretende analisar os aspectos da durabilidade.
Esta propriedade apresenta uma terminologia idêntica ao estudado na secção anterior (3.6.2-absorção
de água por capilaridade), porém realce-se que são processos distintos. De uma forma muito geral, este
ensaio consiste em secar previamente o elemento de betão em análise, sendo depois submetido a uma
imersão em água até que este apresente a estabilização da sua massa. Este processo de absorção
representa na prática a porção de volume poroso existente no betão entre o estado seco e saturado.
Esta metodologia de ensaio permite determinar a porosidade aberta existente, pois a água apenas irá
penetrar nos poros que se encontram interligados com a rede porosa.
A análise desta propriedade não possibilita uma caracterização tão específica e concreta como outras
grandezas do betão; porém é um instrumento importante para uma avaliação complementar com
outros ensaios (absorção por capilaridade, resistência à compressão, etc.), para além do estudo
comparativo entre betões com características distintas.
Uma segunda fase deste ensaio consiste em efectuar a secagem, após se atingir o “estado saturado”,
permitindo definir a desabsorção associada.
Esta libertação das moléculas de água do sistema poroso é o resultado da alteração das condições de
humidade relativa e das temperaturas existentes. Isto origina tensões nos capilares provocando a saída
dessas partículas, fenómeno vulgarmente designado como desabsorção (dessorção segundo a análise
referida na subsecção 2.4.2.).
52
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Convém manter algumas reservas quanto às quantificações finais do estado saturado e seco. Quando
nos encontramos no estado “aparentemente” saturado, pode não significar que a estrutura porosa se
encontre repleta, porque apesar de não se verificar um incremento de água na estrutura, tal pode
acontecer devido à falta de pressão necessária para vencer a diferença criada. Neville (1995) refere que
no processo de secagem a água existente pode não ser removida na sua totalidade, assim como, por
outro lado, a acção de temperaturas elevadas pode conduzir à remoção de certas partículas de água que
se encontra combinada quimicamente.
3.5.3.1.Ensaio
O ensaio de absorção de água por imersão à pressão atmosférica foi realizado de acordo com a
especificação do LNEC E394 (1993), “Determinação da absorção de água por imersão – Ensaio à
pressão atmosférica”.
A definição descrita nessa especificação apresenta a absorção de água por imersão “como a diferença
entre a massa do provete de betão endurecido imerso em água e a massa do mesmo provete quando
seco, expressa em termos do volume do provete”.
Os provetes utilizados neste ensaio foram obtidos através do corte de elementos de betão endurecido,
previamente moldados para os ensaios de absorção de água por capilaridade. Assim sendo, os corpos
de prova, para cada tipo de betão em estudo, foram 3 carotes com 150 mm de diâmetro e 100 mm de
altura.
Os provetes foram secos numa estufa ventilada, regulada à temperatura de 105 ± 5°C, durante
aproximadamente 24 horas inciando-se depois o processo de imersão.
Os corpos de prova foram introduzidos num recipiente com água corrente com a temperatura de 20 ±
3°C em três etapas. Primeiramente é imerso a 1/3 da sua altura, na segunda etapa até 2/3 da sua altura
e no final imerso na sua totalidade. A execução das duas primeiras etapas decorreram durante uma
hora, enquanto que a última é concluída quando os provetes apresentarem massa constante. Como
massa constante considera-se quando a diferença entre as massas obtidas em duas pesagens
consecutivas, intervaladas de pelo menos 24 horas, for inferior a 0,1% da média das leituras.
Saliente-se que a altura da água acima do provete, na fase imersa, não ultrapassou os 20mm em
relação á sua face superior.
As pesagens realizadas foram precedidas por uma ligeira secagem da superfície do provete com o
auxílio de um pano absorvente, húmido mas espremido, para que seja possível remover a água
superficial existente.
Após a estabilização da massa do provete, tendo em conta o critério de massa constante, é realizado
um processo de secagem desse provete saturado, sendo colocados numa estufa ventilada á temperatura
de 105 ± 5°C até que seja adquirida a massa constante do provete seco.
A=
m1 − m3
x100
m1 − m2
(3.12.)
A - Absorção de água (%);
m1 - Massa do provete saturado no ar (gr);
m2 Massa hidrostática do provete saturado (gr);
53
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
m3 Massa do provete seco (gr).
3.5.4. PENETRAÇÃO DE CLORETOS
A penetração de cloretos é um dos aspectos primordiais de análise no desempenho das estruturas pois,
apesar da sua presença no betão simples não implicar perigosidade, quando nos encontramos em
estruturas de betão armado ou pré-esforçado, a sua acção pode desencadear processos de corrosão das
armaduras.
A entrada destes elementos processa-se com a associação de distintos mecanismos de transporte,
encontrando-se influenciada pelas características do betão assim como pelas condições de exposição
existentes. Deste modo, compreende-se que as camadas em contacto com o exterior (superfícies de
recobrimento), são o ponto-chave para uma maior ou menor capacidade em evitar e/ou resistir à
penetração destas substâncias.
O processo de corrosão das armaduras de betão armado ou pré-esforçado deve-se à formação de um
fluxo de electrões, através da armadura, entre o ânodo e o cátodo. De um modo mais explícito, no
ânodo processa-se a dissolução do ferro, passando os iões Fe²⁺ para a solução e libertando 2 electrões
(2e⁻).
Estes electrões passam através da armadura, que funciona como condutor eléctrico, para o catódo.
No cátodo, na interface betão/armadura, o electrões reagem com o oxigénio e a água, originando os
iões hidróxido (OH⁻).
Estes iões (OH⁻) deslocam-se através da solução electrolítica do betão até ao ânodo, onde, reagindo
com o ião ferro dão origem a óxidos e hidróxidos de ferro (ferrugem), com grande aumento de
volume. Este aumento de volume gera no interior do betão tensões elevadas (de tracção) que acabam
por fendilhar, destacar ou delaminar o betão de recobrimento das armaduras. A dissolução de ferro, na
zona catódica, leva também à diminuição da “secção efectiva” da armadura aí existente.
O factor desencadeador do processo anteriormente descrito e esquematizado na figura 3.22 é a
presença do ião cloreto (Cl⁻), pois a sua penetração até à superfície da armadura levou ao
desaparecimento da película passiva. Ilustra-se na Fig. 3.23, o processo de uma corrosão localizada
(“por picadas”) onde se pode verificar a zona alvo da despassivação da armadura.
Fig. 3.22 – Processo anódico e catódico na corrosão (Coutinho, 2006a)
54
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 3.23 – Corrosão da armadura por “picadas” causada por cloretos (Coutinho, 2006a)
As reacções descritas anteriormente formam apenas o processo de reacções primárias, pois estas são
acompanhadas por outras reacções, designadas como secundárias, que no balanço geral de todo o
processo conduzem somente ao consumo de oxigénio. Apesar de no balanço global ser apenas
consumido oxigénio, a água age como elemento necessário para a formação da solução electrolítica.
Quando se processa a corrosão da armadura “por picadas”, apesar de acontecer a despassivação da
película, não se verifica uma corrosão, pois não existem condições de humidade (betão seco) ou não
há a presença de oxigénio (betão submerso). Por outro lado, quando o betão se encontra sujeito a
ciclos de molhagem/ secagem, para além da presença de água haverá a incorporação de oxigénio,
conduzindo assim a processos de corrosão intensos e consequências gravosas para a estrutura. Quando
existem estas condições que permitem água e oxigénio em quantidades suficientes, a despassivação
dar-se-á em toda a armadura, acontecendo assim uma corrosão generalizada.
Deste modo, compreende-se como estes elementos prejudiciais, quando estamos em estruturas de
betão armado ou pré-esforçado e a penetração atinge profundidades para além da camada de
recobrimento, permitem o desencadeamento dos processos de corrosão. Os cloretos são o principal
agente responsável por estes processos de deterioração. Porém a presença de alguns iões, tais como
SO₄²⁻ e S²⁻, podem levar à formação de compostos solúveis, resultando na despassivação das
armaduras e no desenvolvimento das acções corrosivas. Estes iões podem encontrar-se no betão, sendo
provenientes das matérias-primas do cimento, como resultado da exposição ou ainda devido aos
compostos resultantes dos efeitos da poluição urbana e industrial.
55
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
O processo de penetração de cloretos na estrutura interna resulta da conjugação dos diferentes
mecanismos de transporte, podendo acontecer o seu ingresso pelos processos de permeação (devido à
existência de um gradiente hidráulico), difusão (diferentes concentração de cloretos) ou absorção
capilar (através da estrutura porosa e/ou fissuras). Poder-se-á ainda forçar a movimentação dos
cloretos através da aplicação de um diferencial de potencial eléctrico, fenómeno denominado por
migração.
A actuação e interferência de cada um dos mecanismos dependerá das próprias características do betão
(porosidade e fissuras que possam existir), das condições existentes e também dos mecanismos de
transporte a que as estruturas estejam sujeitas. Porém, os processos de difusão e absorção capilar
(acção de molhagem/secagem) apresentam-se como mais eficazes e preponderantes para a análise da
durabilidade.
Inicialmente, foi programada a realização do ensaio de penetração de cloretos nas superfícies de
recobrimento por processo eléctrico (migração), com o objectivo de avaliar a durabilidade entre os
betões considerados. No entanto, não foi possível realizar este ensaio devido a um problema técnico
surgido no equipamento existente no LEMC, necessário à sua realização e que não foi resolvido a
tempo.
56
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
4
RESULTADOS, ANÁLISE E
DISCUSSÃO
4.1. ADIÇÃO MINERALÓGICA
Através da figura 4.1, é possível comparar as granulometrias da areia e do saibro. É possível verificar
que apesar de terem praticamente o mesmo módulo de finura, o saibro apresenta uma granulometria
claramente mais extensa. Este aspecto pode ser bastante positivo, pois as partículas de menores
dimensões, possibilitam a correcção de pequenas debilidades granulométricas (caso existam).
Fig. 4.1 – Comparação entre as curvas de distribuição granulométrica da areia e da adição mineralógica
57
Estudo de betões com substituição parcial de areia por saibro
Uma outra constatação é fornecida pelo quadro 3.15 onde se encontram as quantidades de água de
amassadura para a trabalhabilidade estabelecida. Tal como previsto, a amassadura relativa à
composição alterada necessitou de mais água, resultando numa relação água/cimento superior. Este
facto irá repercutir-se, possivelmente, em menores tensões de rotura e maiores absorções de água, pois
quanto maior a relação água/cimento, mais dispersos se encontram os grãos de cimento e há mais água
não necessária para a hidratação do cimento, traduzindo-se numa maior porosidade.
Relativamente à natureza das partículas finas, verificou-se, através da análise táctil e olfactiva, que a
presença de argila é bastante reduzida. Através da difracção de raio X, constata-se que o solo extraído
ainda assim apresenta alguns minerais argilosos. Ressalve-se que alguns dos minerais encontrados não
apresentam grande perigosidade para o betão. No entanto, a esmectite poderá trazer alguns problemas
devido ao facto de ser uma argila expansiva.
4.2. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
Os quadros 4.1 e 4.2 indicam os valores da tensão registados nos ensaios de compressão até à rotura
realizados aos 7 e aos 28 dias, encontrando-se no anexo C (C.1 e C.2) as fichas de ensaio. Refira-se
que em nenhum dos provetes a ensaiar foi necessário efectuar rectificações e o modelo de rotura foi
normal para todos os provetes.
Quadro 4.1 - Resultados da resistência à compressão dos provetes cúbicos aos 7 dias
Referência do
provete
Tensão de
Rotura (MPa)
Normal 1
27,5
Normal 2
28,0
Normal 3
26,5
Alterado 1
24,5
Alterado 2
25,0
Alterado 3
24,5
Média da Tensão
de Rotura (MPa)
27,(3)
24,(6)
Quadro 4.2 – Resultados da resistência à compressão dos provetes cúbicos aos 28 dias
Referência do
provete
58
Tensão de
Rotura (MPa)
Normal 4
32,5
Normal 5
33,5
Normal 6
33,0
Alterado 4
30,0
Alterado 5
29,0
Alterado 6
30,0
Média da Tensão
de Rotura (MPa)
33,0
29,(6)
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Os provetes designados como alterados apresentam menor resistência à compressão tanto aos 7 como
aos 28 dias, cifrando-se em cerca de 10% a correspondente perda de resistência. Repare-se ainda que
as diferenças dos valores médios mantêm-se sensivelmente idênticas, cerca de 3 MPa. Verifica-se
assim que esta diferença é determinada, tal como referido por Neville (1995), pelo processo inicial de
hidratação. Encontra-se o mesmo valor para a relação das resistências aos 7 e aos 28 dias (R₇/R₂₈ =
0,83) em ambas as composições.
A diminuição da capacidade resistente à compressão dos provetes alterados, deve-se ao facto da
relação água/cimento ser superior, comparativamente aos provetes normais. Outra razão que conduz a
estes resultados deve-se pela razão deste saibro apresentar na sua constituição alguns minerais
argilosos, que levam a menores resistências, de acordo com o explanado no ponto 3.2.3.2..
Procedendo-se ao enquadramento das tensões de rotura à compressão com as classes de resistência do
betão, verifica-se que todos os provetes podem ser considerados da classe de resistência C20/25.
Porém analisando o quadro 4.2 com mais detalhe, verifica-se que apenas o provete “alterado 5”
apresenta uma tensão de rotura à compressão aos 28 dias inferior a 30 MPa (valor característico da
resistência à compressão dos provetes cúbicos da classe C25/30).
A tensão de rotura à compressão do provete “alterado 5” é de 29 MPa, indicando que se encontra
próximo para este betão ser considerado como da classe C25/30. Deste modo, compreende-se que com
pequenos ajustes, se poderia melhorar esta situação, permitindo que este betão pertença à classe 25/30.
Repare-se que as relações de água/cimento obtidas foram consideravelmente elevadas (0,55 e 0,56).
Assim sendo, uma redução ligeira do abaixamento fixado (para o valor intermédio da Classe S2, por
exemplo), poderia ser suficiente para conduzir a uma quantidade de água inferior, permitindo um
aumento de resistência à compressão.
Em suma, conclui-se que os provetes que foram alvo da substituição parcial da areia apresentam uma
resistência ligeiramente inferior. Contudo, esta diferença é pequena e com uma ligeira alteração
(diminuição da relação água/cimento) é possível aumentar a resistência à compressão e enquadrar na
classe C25/30.
Como é evidente, seria necessário dispor de mais resultados de ensaio para se poder com confiança
concluir de satisfação dos critérios de conformidade de resistência à compressão correspondente a esta
classe de resistência.
4.3. ABSORÇÃO DE ÀGUA POR CAPILARIDADE
Na presente secção, todas as designações ou referências com a letra N ou A, correspondem aos
provetes subjacentes à mistura tida como normal ou alterada, respetivamente. Caso tal letra seja
seguida de um algarismo, este último será referente ao número do elemento dessa série específica que
é alvo de ensaio.
Os resultados detalhados deste ensaio encontram-se no anexo C1 e C2.
Na figura 4.2, representa-se a cinemática de absorção de água por capilaridade, de cada uma dos
provetes submetidos a ensaio.
59
Estudo de betões com substituição parcial de areia por saibro
Fig 4.2 – Resultados da absorção de água por capilaridade ao longo do tempo (todos os provetes)
Através de uma análise global, a figura 4.2 indica que não existe uma clara delimitação entre as
cinemáticas de absorção das misturas designadas como normal e alterada, pois alguns dos valores, de
provetes de diferente tipo, apresentam-se muito próximos ao longo do tempo. Deste modo não é
possível estabelecer uma separação clara entre as duas composições em estudo.
Contudo, verifica-se que todos os provetes da série alterada apresentam valores superiores, ao longo
de todo o processo de absorção. Deste modo, uma primeira ilação será que a absorção dos provetes
alterados será mais intensa, indiciando assim uma porosidade superior. Mas para que seja possível
uma análise mais cuidadosa, associou-se os desempenhos de cada tipo de mistura através dos seus
valores médios (Fig 4.3).
Fig 4.3 – Resultados da absorção de água por capilaridade ao longo do tempo (valores médios)
60
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A figura 4.3, ilustra com clareza que a absorção de água por capilaridade dos elementos relativos à
série normal é inferior à dos alterados. Como a quantidade total de água absorvida por capilaridade
depende essencialmente do volume de espaço disponível, a rede interna de poros dos provetes
alterados apresenta-se com maiores vazios e, eventualmente, em maior número.
Devido a uma maior porosidade, o fluxo capilar de água é bastante superior, sendo a absorção total
(final) incrementada cerca de 20% (valor assintótico) quando comparada com a composição normal.
Tanto a figura 4.3 como a figura 4.2, permitem observar que as diferentes etapas do processo de
absorção, explanadas no ponto 3.5.2, apesar de apresentarem diferentes quantidades de absorção, a sua
estabilização indicia ser semelhante. Esta constatação, pode indicar que as redes porosas das amostras
em estudo poderão apresentar-se muito semelhantes.
Saliente-se ainda que as curvas da figura 4.3, apresentam uma evolução muito curiosa, pois mantêm-se
praticamente paralelas a partir da medição referente às 3 horas ( ≅ 100), ou seja os incrementos são
muito idênticos na fase de transição e fase de equilíbrio.
A absorção inicial depende essencialmente dos poros de maiores dimensões e estes poros residem
essencialmente na zona de ligação cimento-agregado. Como tal, os provetes da série alterada
apresentam um maior fluxo pois a sua matriz porosa encontra-se mais conecta e também de uma forma
menos tortuosa.
Analisando pormenorizadamente as diferenças dos valores médios das absorções registadas entre as 6,
24 e 72 horas (Anexo D.3), denota-se que a estabilização dos provetes alterados é mais tardia (apesar
de pela Fig. 4.2 e Fig. 4.3 os troços parecerem indicar inclinações semelhantes). Este aspecto reafirma
a existência de poros capilares com dimensões superiores, pois a água demora mais tempo a preencher
esses poros. Isto acontece pois terão de ser saturados previamente os volumes intermédios da pasta de
ligante, que são claramente mais pequenos, e só depois os poros de dimensões superiores.
Aplicando a equação 3.12., tal como indicado no ponto 3.5.2 do presente trabalho, é possível
determinar o coeficiente de absorção. Este parâmetro deverá ser determinado durante a fase inicial do
ensaio. Tal como referenciado por Coutinho (1998), durante as 4 horas iniciais a quantidade de água
absorvida (por unidade de área) apresenta um aumento constante. Por esta razão, o coeficiente de
absorção relativo ao valor médio de cada tipo de provetes examinados, será determinado com base na
medição executada 3 horas após ser iniciado o processo de ascensão capilar.
Determinação do coeficiente de absorção média dos provetes da série normal ( ) e da série alterada
( ):
S=
m3horas − minicial
Ax t
,
A = π x 75² mm²;
=
;
= 28600 mg;
= 37366,67 mg.
61
Estudo de betões com substituição parcial de areia por saibro
Aplicando a expressão anterior, de acordo com as unidades estipuladas neste ponto, é possível
determinar os coeficientes de absorção. Assim sendo,
0,1206 mm/
e
0,1576mm/
.
De acordo com a classificação de Browne (1991), explanada no ponto 3.5.2.2 através da Fig. 3.19, a
qualidade do betão pode ser deduzida através dos resultados obtidos. Segundo tal apreciação, quando
os valores do coeficiente de absorção se encontram entre 0,1 e 0,2 mm/
, o betão apresenta uma
qualidade média. Como tal, pode-se concluir que ambos os betões estudados apresentam uma
qualidade média.
Apesar de ambas as séries serem balizadas na mesma qualificação de desempenho, os valores dos
coeficientes são razoavelmente díspares, pois a alteração da série normal provoca um aumento de
cerca de 30% no coeficiente de absorção. Este aspecto permite concluir novamente que os provetes da
série alterada apresentam um volume de espaço disponível superior.
A evolução da franja capilar foi avaliada aquando da realização das pesagens, sendo os resultados de
tais medições apresentados na Fig. 4.4.
Fig. 4.4 – Resultados para a franja capilar (todos os provetes)
Uma primeira percepção entre as séries avaliadas é que os provetes normais iniciam o seu processo de
estabilização mais cedo. No anexo D.3 indicam-se as variações quantitativas e percentuais entre as
medições de altura às 24 e 72 horas, onde se poderá confirmar a tendência referida com mais
clarividência. Estes dados corroboram as circunstâncias, detectadas e discutidas anteriormente, em
relação a ser necessário mais tempo para que os poros de maiores dimensões efectuem a sua
estabilização no betão alterado relativamente ao normal.
Procedendo à determinação da altura média para cada tipo de betão, obtém-se a Fig. 4.5 onde é
apresentada a franja capilar.
62
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig. 4.5 – Resultados para a franja capilar (valores médios)
Tendo como base os valores médios da altura é possível aplicar a equação (3.10) e determinar o raio
médio de cada uma das composições consideradas (quadro 4.3).
Quadro 4.3 – Raio médio das composições consideradas
Altura Capilar
(mm)
Raio Médio
(mm)
Normal
37
4,883E-07
Alterado
52,417
9,800E-07
Os resultados do quadro anterior evidenciam, uma vez mais, que os elementos alterados apresentam
uma porosidade superior e um consequente maior poder de absorção, confirmando as diversas figuras
apresentadas e suas observações respectivas.
4.3.1. VALIDAÇÃO E CORREÇÃO DE RESULTADOS
A comparação entre a Fig. 4.2 e a Fig. 4.4 é de capital importância para a avaliação do processo de
ascensão capilar analisado, pois permite validar ou corrigir certos equívocos que possam
eventualmente ter ocorrido.
Apesar dos registos, relativos à massa do provete e à franja capilar, serem continuamente crescentes, o
provete A1 apresenta um comportamento sui generis no diagrama da cinemática de absorção (Fig.
4.2). No troço compreendido entre
≅ 100 e 150 segundos , apesar de existir aumento da
quantidade de água, esse incremento é exageradamente reduzido (troço quase horizontal),
apresentando-se em dissonância com os pressupostos estabelecidos que durante fase inicial de
absorção, esta se realiza de forma muito intensa, correspondendo troços de grande inclinação.
63
Estudo de betões com substituição parcial de areia por saibro
Assim sendo, será importante cruzar, para este troço, os dados analisados com a evolução da franja
capilar para que seja averiguado o motivo de tal acontecimento inesperado. Consultando a evolução da
franja capilar (Fig. 4.4 e anexo D.2) constata-se que os registos são incongruentes com a variação de
massa.
Deverá também ser considerada a possibilidade de uma colocação incorreta nos tabuleiros. Porém
como a franja capilar aumenta significativamente entre as medições realizadas às 3 e 6 horas, e os
restantes valores se apresentam aparentemente coerentes com os valores esperados, o diagnóstico
conduz a que o motivo desta situação se deva a uma leitura incorreta.
No anexoD.4 apresenta-se a correcção no acrésimo de água por unidade de área para o provete A1,
através de simples tratamento estatístico tendo como base os restantes valores obtidos neste ensaio. A
alteração exposta detalhadamente no anexo referido conduz a que sejam corrigidos os valores para o
coeficiente de absorção determinados no inicio da presente secção. Chega-se assim a um coeficiente
0,146mm/
, para a média dos provetes. Deste modo, o coeficiente de
de absorção de
absorção média dos provetes alterados é 20% superior à série normal, à semelhança da altura da
ascenção capilar ao fim de 3 horas, que é cerca de 17% superior no betão alterado relativamente ao
normal.
4.4. ABSORÇÃO DE ÀGUA POR IMERSÃO
No quadro 4.4 são apresentados os resultados obtidos para o ensaio de água por imersão à pressão
atmosférica dos provetes da série normal e da série alterada e valores médios referentes a cada tipo de
composição.
Quadro 4.4 - Resultados do ensaio de absorção de água por imersão à pressão atmosférica
Referência do
provete
Absorção de
água (%)
Normal 1
14,32
Normal 2
14,22
Normal 3
14,34
Alterado 1
14,98
Alterado 2
15,10
Alterado 3
15,13
Média da
Absorção de água
(%)
14,29
15,07
Tal como referido no ponto 3.5.3, o resultado representa a porosidade aberta existente em cada uma
dos betões. Como se repara, os provetes da série alterada apresentam maior absorção de água por
imersão. Tal constatação vem no seguimento de todos os resultados obtidos, pois a série alterada
apresenta uma maior porosidade.
Estes resultados permitem concluir que os provetes da série alterada apresentam uma absorção de água
por imersão à pressão atmosférica 5,5% superior.
64
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Comparando o resultado de 5,5% com os 20% obtidos nos ensaios para a sucção capilar (ponto 4.3),
denota-se uma diferença significativa. Relembre-se que tal como explanado no ponto 3.5.2. e ponto
3.5.3., referentes à sucção capilar e à porosidade aberta, estas são o reflexo do sistema de interligação
dos poros. Assim sendo, poderiam ser previstos resultados idênticos. Contudo esta diferença
significativa deve-se a que o efeito de sucção, devido aos capilares, permitir uma melhor ocupação
desses capilares. A entrada de água por capilaridade, processa-se fisicamente por “efeito de êmbolo”, o
que não acontece na absorção de água por imersão, onde a água possivelmente não penetrará na
totalidade dos vazios por falta de pressão.
65
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
5
CONCLUSÕES
5.1. SÍNTESE
A presente dissertação tem como objetivo principal analisar a viabilidade de substituição parcial de
areia por saibro em betões aplicados em obras correntes de pequenas dimensões.
A necessidade de mudança dos processos tecnológicos na indústria construtiva é o resultado de uma
imperativa necessidade de aplicar práticas mais sustentáveis. O uso do betão é visto de forma bastante
negativa devido aos fortes impactos relacionados com a extração de areia e processos de britagem.
Somando a isto o facto dos agregados naturais se encontrarem no limite das suas capacidades, é
urgente procurar novas metodologias na tecnologia do betão.
Para além do consumo elevado dos recursos naturais, o volume de resíduos produzido pelo processo
construtivo é bastante elevado. Uma das soluções de gestão destes resíduos passa pela sua valorização
aplicando-os no betão como agregados.
Em muitas das obras correntes, há a necessidade de retirar o saibro que se encontra nas estratos
superficiais, para que se possa construir as edificações pretendidas, sendo o seu destino final o
vazadouro, levando a maiores custos de operação assim como ao aumento do volume de resíduos.
Primeiramente, realizou-se a caracterização do betão, seus principais aspectos de desempenho e
importância em aplicar novos materiais na tecnologia do betão.
De seguida, procedeu-se à caracterização do saibro extraído através da determinação das suas
características físicas e mineralógicas. Estudou-se com algum detalhe a composição mineralógica pois,
visto que a existência de partículas finas numa percentagem significativa, pode ser condicionante na
futura aplicação deste material como agregado.
É definida a composição base, de acordo com critérios normalmente aplicados em obras de pequena
envergadura, a partir da qual se define uma composição alternativa, procedendo-se à avaliação
comparativa entre estes betões distintos através de ensaios no seu estado fresco e endurecido.
5.2. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nos tempos actuais, a indústria da construção necessita de tornar o processo construtivo mais
harmonioso a nível ambiental, através de uma redução dos recursos naturais utilizados assim como na
diminuição dos resíduos decorrentes da sua actividade.
67
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
O saibro extraído foi alvo de um pequeno processo de secagem e de desagregação, na tentativa de
desintegrar grumos, que podessem existir. Através da análise granulométrica realizada, verificou-se
que o saibro em estudo apresenta uma granulometria bastante mais extensa que a areia.
Relativamente à trabalhabilidade, os betões apresentaram uma resposta praticamente igual, durante
todo o processo de amassadura. Demostraram ainda uma trabalhabilidade e consistência satisfatórias
de acordo com o estabelecido, não tendo sido necessário a utilização de adjuvantes.
A análise mineralógica do saibro permitiu identificar a existência de alguns minerais argilosos, ainda
que as avaliações expeditas conduzissem a que tais elementos se encontrassem em pequenas
quantidades. Este facto pode ser justificativo de uma maior porosidade do betão com saibro, devido à
interferência dos minerais da argila no processo de hidratação do cimento.
Em relação ao estado endurecido do betão, foram avaliadas algumas das suas principais propriedades.
Deste modo, foi determinada a resistência à compressão aos 7 e 28 dias, a absorção de água por
capilaridade e por imerssão.
Relativamente à resistência à compressão, os resultados indicam que apesar do betão normal (de
referência) apresentar valores superiores, as diferenças são muito curtas. De acordo com os resultados,
poder-se-ão enquadrar estes betões na classe C20/25, existindo uma folga elevada. Acrescente-se que
com pequenos ajustes (ligeira diminuição da relação A/C, por exemplo) é possível melhorar os
resultados obtidos, permitindo a sua classificação como um betão da classe C25/30.
No entanto, este betão é utilizável em obras correntes na superestrutura, onde habitualmente o betão é
especificado apenas betão das classes de resistência C16/20 ou C20/25, uma vez que estes betões são
posteriormente revestidos.
Nos ensaios de absorção de água por capilaridade, são estabelecidas diferenças significativas entre os
betões em estudo. Tanto o coeficiente de absorção como o valor assintótico são cerca de 20%
superiores na composição alterada. Contudo, ambos os betões apresentam uma qualidade média de
desempenho de acordo com a classificação de Browne.
Em relação à absorção por imersão, as difereneças são pouco significativas, pois a porosidade aberta
determinada é cerca de 5,5% superior nos provetes alterados. Como os agregados grossos foram os
mesmos esta diferença apenas se deve à matriz porosa do betão.
Em todos os ensaios comparativos, a incorporação de saibro conduziu a uma redução do seu
desempenho, levando à conclusão de que os betões que foram alvo da substituição parcial da areia,
apresentam uma porosidade superior. A consequência de existirem mais espaços vazios na estrutura
interna do betão, pode ser o resultado da existência de elementos argilosos na constituição do saibro,
assim como devido ao aumento da relação água/cimento que foi necessário efectuar para que fosse
adquirida a trabalhabilidade fixada.
5.3. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS
Perante os resultados obtidos, importa salientar que existem potencialidades em aplicar o saibro como
agregado. Contudo é importante colmatar a diminuição do seu desempenho através da realização de
algumas práticas ou através da incorporação de novos elementos. Uma das sugestões poderá passar
pela introdução de adições mineralógicas tipo II de acordo com a NP EN 206-1 (2007), com o
objectivo de diminuir a porosidade ou até mesmo permitir a substituição parcial do cimento.
68
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Dever-se-ão fixar diferentes relações água/cimento e/ou classes de abaixamento, verificando se os
resultados se apresentam semelhantes, ou se pelo contrário existem melhores ou piores desempenhos.
Aplicar este tipo de saibro com diferentes percentagens em substituição da areia, porém eliminando as
partículas que passam o peneiro de 0,063mm, também interessará realizar para se analisarem os
correspondentes resultados e se avaliar a influência destes finos no comportamento do betão.
A gestão de resíduos produzidos pela construção e seu processo de valorização têm de ser
incentivados. É urgente adequar as novas práticas a estas exigências. Para tal, é absolutamente
indispensável uma procura e caracterização exaustivas de todos os elementos com potencialidades de
valorização, em vez de estes contiuarem a ser considerados como resíduos. Só assim, será possível
diminuir o consumo de recursos naturais e seus impactos inerentes e reduzir os espaços ocupados por
depósitos legalmente acondicionados, controlados e delimitados ou até os depósitos ilegais que
apresentam problemas ainda mais gravosos para o ambiente, para a sua potencialização de ocupação e
ainda para a saúde pública.
69
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
BIBLIOGRAFIA
Aldred, J. M. (2008). Water Transport due to Wick Action Through Concrete, Dissertação de
Doutoramento, Curtin University of Technology, Perth.
Almeida, N. G. C. M., Branco, F. A. B., Santos, J. R., (2004). Betões com substituição de agregados
finos por lamas de corte de pedra. CONSTRUÇÃO 2004 (2º Congresso Nacional da Construção) –
Repensar a Construção, 13 a 15 de Dezembro de 2004, Porto, Vol.1, pág. 363-368, Secção de
Construções Civis - Dep. de Engenharia Civil - FEUP, Porto.
Appleton, A. (2005). Construções em Betão – Nota histótica sobre a sua evolução. IST, Lisboa.
www.civil.ist.utl.pt/~cristina/GDBAPE/ConstrucoesEmBetao.pdf.
Angulo, S., Kahn, H., John, V., Ulsen, C. (2003). Metodologia de Caracterização de Resíduos de
Construção e Demolição. São Paulo.
Azenha, M. A. D. (2004). Comportamento do betão nas primeiras idade. Fenomenologia e análise
termo-mecânica. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto.
Azevedo, A.C. (2002). Betões de elevado desempenho com incorporação de cinzas volantes.
Dissertação de Doutoramento, Universidade do Minho, Guimarães.
Beek, A. V. (2000). Dielectric properties of young concrete, Dissertação de Douturamento, Delft
University of Technology, Delft.
Browne, R. D. (1991). Fields investigations: site & laboratory tests: maintenance repair and
rehabilitation of concrete structures. CEEC, Lisboa.
Butler, A. (1997). Capillary absorption by concrete. Concrete, Julho/ Agosto, pág 23-25.
Chan, K. S., Tan, T. H. (1987). Water movement and the durability of concrete structures. 4th
Durability of Building Materials and Components, pág.404-411, Singapura.
Common, M (1995). Sustainability and Policy: Limits to Economics. Cambridge University Press,
Cambridge.
Costa, J. A., Melo, A. S. (1994). Dicionário da Língua Portuguesa (7.ª edição) – Definição de
pozolana, pág. 1437, Porto Editora, Porto.
Coutinho, A. de Sousa (1997a). Fabrico e Propriedades do Betão. Volume I, LNEC, Lisboa.
Coutinho, A. de Sousa (1997b). Fabrico e Propriedades do Betão. Volume II, LNEC, Lisboa.
Coutinho, A. de Sousa, Gonçalves A. (1994). Fabrico e Propriedades do Betão. Volume III, LNEC,
Lisboa.
Coutinho, J. de Sousa (1998). Melhoria da Durabilidade dos Betões por Tratamento da Cofragem.
Dissertação de Douturamento. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto.
Coutinho, J. de Sousa (2003). Materiais de Construção 2 - Apontamentos das aulas. Faculdade de
Engenharia da Universidade do Porto, Porto.
Coutinho, J. de Sousa (2006a). Materiais de Construção 1 - Apontamentos das aulas. Faculdade de
Engenharia da Universidade do Porto, Porto.
Coutinho, J. de Sousa (2006b). Materiais de Construção 2 - Apontamentos das aulas. Faculdade de
Engenharia da Universidade do Porto, Porto.
71
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Domone, P. L. (1994). Concrete–Constituent materials of Concrete. In Construction Materials-Their
nature and behavior. Chapter 14, (Eds. Domone, P., Illston, J.),Chapman and Hall, Londres.
Faria, J. A., Almeida, M. F., Figueiredo F. (2003) – Avaliação da perigosidade para o ambiente de
resíduos de construção. CONSTRUÇÃO 2004 (2º Congresso Nacional da Construção) – Repensar a
Construção, 13 a 15 de Dezembro de 2004, Porto, Vol.1, pág. 449-454, Secção de Construções Civis Dep. de Engenharia Civil - FEUP, Porto.
Feldman, R. F. (1989). The Porosity and Pore Structure of Hydrated Portland Cement Pastes. Pore
Structure and Permeability of Cementitious Materials Vol.137, pág.59-74, (Roberts, L. R., Skalny, J.
P., ed.), Pennsylvania.
Ferreira, R. M. (2000). Avaliação dos Ensaios de Durabilidade do Betão, Dissertação de Mestrado,
Escola de Engenharia do Minho, Guimarães.
Freitas, V. M. A. P. (1992). Transferência de Humidade em paredes de edifícios – Análise do
fenómeno de interface. Dissertação de Douturamento. Faculdade de Engenharia da Universidade do
Porto, Porto.
Gomes, A., Coelho, A., (2004). Betão constituído com elevadas percentagens de cinza volante.
CONSTRUÇÃO 2004 (2º Congresso Nacional da Construção) – Repensar a Construção, 13 a 15 de
Dezembro de 2004, Porto, Vol.1, pág. 369-374, Secção de Construções Civis - Dep. de Engenharia
Civil - FEUP, Porto.
Hall, C. (1989). Water sorptivity of mortars and concrete: A review. Magazine of Concrete Research,
Vol. 41 nº147, pág. 51-61.
Hearn, N., Hooton, R. D., Mills, R. H. (1994). Pore Structure and Permeability. In Significance of
Tests and Properties of Concrete and Concrete-making Materials, pág. 240-262, (Klieger, P.,
Lamond, J. F., ed.), ASTM, Philadelphia.
Hearn, N., Figg, J. (2001). Effect of Microstrutural Damage on Barrier Characteristics of Concrete.
Materials Science of Concrete VI, (Mindess, S., Skalny, J., ed.), American Ceramic Society,
Westerville.
Hearn, N., Hooton, R. D., Nokken M. R. (2006). Pore Structure, Permeability, and Penetration
Resistance Characteristics of Concrete. In Significance of Tests and Properties of Concrete &
Concrete-making Materials, pág. 238-252, (Lamond, J. F.; Peilert, J., ed.), ASTM, New Jersey.
Hoffmann, A. T. (2001). Influência da adição de sílica ativa, relação água/aglomerante, temperatura
e tempo de cura no coeficiente de difusão de cloretos em concretos. Dissertação de Mestrado em
Engenharia Civil. Escola de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rio
Grande do Sul.
Hu, J.(2004). Porosity of Concrete: Morphological Study of Model Concrete. Dissertação de
Doutoramento. Delft University of Technology, Delft.
L’Hermite, R. (1959). Tendances actuelles dans la recherche expérimentale sur le béton. Béton Armé,
Dezembro 1959, 3ºano n.º 20, pág. 17.
Langstone, C. A., Ding, G. K. C. (2001). Sustainable Practices in the Built Environment. Butterworth
Heinemann, Melbourne.
Macedo J. B. (1994). Roma: apogeu e ocaso da República. In História Universal, Volume, pág. 260281, Selecções Reader’s Digest, Lisboa.
72
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Maekawa, K., Chaube, R., Kishi, T. (1999). Modelling of concrete performance: hydration,
microstructure formation, and mass transport. E &FN Spon, Londres.
McDonald, B. (1996). RECON Waste Minimisation and Environmental Program. Proceedings of CIB
Commission Meetings and Presentations, RMIT, 14-16 February, Melbourne.
Mehta, P. K., Monteiro, J. P. M. (1994). Concreto: estrutura, propriedades e materiais. Pini, São
Paulo.
Mills, R. H. (1985). Mass transfer of water vapor trough concrete. Cement and Concrete Research,
Vo l. 15, pág. 74-82.
Neville, A. M. (1995) Properties of Concrete. Pearson Education Limited, Londres.
Nilsson, L.-O., Tang, L. (1995). Relations between different transport parameters. In Performance
criteria for concrete durability, pág. 15-32, (Kropp, J., Hilsdorf, H. K., ed), RILEM REPORT 12, E
&FN Spon, Londres.
Pang, G.-S., Chae, S.-T., Chang, S.-P. (2009). Predicting model for pore Structure of Concrete
Including Interface Transition Zone between Aggregate and Cement Paste. International Journal of
Concrete Structures and Materials Vol.3, No.2, pág.81-90, Dezembro 2009, Korea Concrete Institute,
Seul.
Peer, L. B. B. (1990). Water flow into unsaturated porous. Dissertação de Douturamento. University
of Cambridge, Cambridge.
Pinto, A. R., Inácio M. M. (2001). A evolução da construção no sentido da sustentabilidade.
Contribuição para uma estratégia nacional. CONSTRUÇÃO 2001 – Por uma Construção Sustentável
(Branco, F., Brito, J. de, Gomes, M. G., ed.), 17 a 19 de Dezembro de 2001, Lisboa, pág. 73-80,
Istituto Superior Técnico Técnico, Lisboa.
Ribeiro A. (1979). Introduction à la Géologie Génerale du Portugal. Serviços Geológicos de Portugal,
Lisboa.
Ribeiro A. (1981). Apontamentos de geologia estrutural elementar. Associação de Estudantes da
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Lisboa.
Rose, D. A. (1965). Water movement in unsaturated porous materials. Materials and Structures,
bulletin n.º 29, Dec. 1965, pág. 119-123.
Roy, D. M., Brown, P.W., Shi, D., Sheetz, B. E., May W. (1993). Concrete Microstructure - Porosity
and Permeability. Strategic Highway Research Program, SHTP-C-628, National Research Council,
Washington.
Stanish, K. D., Hooton, R. D., Thomas, M. D. A., (2000). Evaluation of Four Short-Term Methods for
Determining Chloride Penetrability in Concrete. Water-Cement Ratio and Other Durability
Parameters: Techniques for Determination, ACI SP-191, pág. 81-98.
Salta, M. M. (1999). Prevenção da Corrosão no Betão Armado. Laboratório Nacional de Engenharia
Civil, Lisboa.
Stanley, C. C. (1982). Highligts in the History of Concrete. Cement & Concrete Association, Londres.
Tang, L., Nilsson, L. O. (1992). Rapid determination of the chloride diffusitivity in concrete by
applying an electrical field. ACI Materials Journal, Vol. 89, n.º 1, pág. 49.
73
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Tang, L. (1996). Electrically accelerated methods for determining chloride diffusitivity in concrete –
current development. Magazine of Concrete Research, S.1., Vol. 48, n.º 176, pág. 173-179.
Endereços eletrónicos:
www.en.wikipedia.org/wiki/BET_theory
www.pt.wikipedia.org/wiki/Absorção_(química)
www.pt.wikipedia.org/wiki/Adsorção
www.pt.wikipedia.org/wiki/Pozolana
www.pt.wikipedia.org/wiki/Sorção
www.secil.pt/pdf/CEMIIBL325N.pdf
Normas:
LNEC E195: 1966. SOLOS. Preparação por via seca de amostras para ensaios de identificaçao.
Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa.
LNEC E239: 1970. SOLOS. Análise granulométrica por peneiração húmida. Laboratório Nacional de
Engenharia Civil, Lisboa.
LNEC E393: 2003. BETÕES. Absorção de água por capilaridade. Laboratório Nacional de
Engenharia Civil, Lisboa.
LNEC E394: 1993. BETÕES. Determinação da absorção de água por imersão – Ensaio à pressão
atmosférica. Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa.
LNEC E 464: 2007. Metodologia prescritiva para uma vida útil de projecto de 50 e de 100 anos face
às acções ambientais. Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa.
LNEC E 467: 2005. Agregados para betões: Características e requisitos de conformidade,
Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa.
NP 581: 1969. Inertes para argamassas e betões. Determinação das massas volúmicas e da absorção
de água de britas e godos. IGPAI – Repartição de Normalização, Lisboa.
NP EN 933-1: 2000. Ensaios das propriedades geométricas dos agregados, Parte1: Análise
granulométrica – Método de peneiração. Instituto Português da Qualidade, Almada.
NP EN 196-1: 2006. Métodos de ensaio de cimentos, Parte 1: Determinação das resistências
mecânicas. Instituto Português da Qualidade, Almada.
NP EN 196-2: 2006. Métodos de ensaio de cimentos, Parte 2: Análise química dos cimentos. Instituto
Português da Qualidade, Almada.
NP EN 196-3: 2005 Métodos de ensaio de cimentos, Parte 3: Determinação do tempo de presa e da
expansibilidade. Instituto Português da Qualidade, Almada.
NP EN 196-21: 2000 Métodos de ensaio de cimentos, Parte 21: Determinação do teor em cloretos,
dióxido de carbono e álcalis nos cimentos. Instituto Português da Qualidade, Almada.
NP EN 197-1: 2005. Cimento, Parte 1: Composição, especificações e critérios de conformidade para
cimentos correntes. Instituto Português da Qualidade, Almada.
74
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
NP EN 206-1: 2007. Betão, Parte 1: Desempenho, especificação, produção e conformidade. Instituto
Português da Qualidade, Almada.
NP EN 1097-6: 2003 Ensaios das propriedades mecânicas e físicas dos agregados, Parte 6:
Determinação da massa volúmica e da absorção de água. Instituto Português da Qualidade, Almada.
NP EN 12350-1: 2002. Ensaios do betão fresco, Parte 1: Amostragem. Instituto Português da
Qualidade, Almada.
NP EN 12350-2: 2009. Ensaios do betão fresco, Parte 2: Ensaio de abaixamento. Instituto Português
da Qualidade, Almada.
NP EN 12390-2 2009. Ensaios do betão endurecido, Parte 2: Execução e cura dos provetes para
ensaios de resistência mecânica. Instituto Português da Qualidade, Almada.
NP EN 12390-3 2009. Ensaios do betão endurecido, Parte 3: Resistência à compressão dos provetes
de ensaio. Instituto Português da Qualidade, Almada.
NP EN 12620: 2004. – “Agregados para betão”. Instituto Português da Qualidade, Almada.
75
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXOS
A. 1
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO A
Propriedades Mecânicas e Físicas dos Agregados:
AREIA.....A1
BRITA 1 (FINA).....A2
BRITA 2 (GROSSA).....A3
SAIBRO.....A4
A. 3
Referência da amostra:
AG.INER33.AREIA NATURAL 0/4 (ZAMORA)
M1- Massa total da amostra seca
1143,0
(g)
Abertura dos
peneiros
Massa Retida
(Ri)
Percentagem
Retida
Percentagem retida
acumulada
Percentagem acumulados
passados
(mm)
63,0
31,5
16,0
8,0
4,0
2,0
1,0
0,500
0,250
0,125
0,063
P
(g)
0,0
0,0
0,0
0,0
12,0
145,8
240,5
372,7
320,4
42,7
3,0
0,0
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
1,05
12,76
21,04
32,61
28,03
3,74
0,26
0,00
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
1,05
13,81
34,85
67,45
95,49
99,22
99,48
99,48
(%)
100,00
100,00
100,00
100,00
98,95
86,19
65,15
32,55
4,51
0,78
0,52
0,52
Representação gráfica dos resultados
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
Abertura quadrada dos peneiros (mm)
63,0
31,5
16,0
8,0
4,00
2,00
1,00
0,500
0,250
0,125
0,00
0,063
Percentagem cumulativa que passa (%)
100,00
Referência da amostra:
BRITA 5/10
M1- Massa total da amostra seca
3030,0
(g)
Abertura dos
peneiros
Massa Retida
(Ri)
Percentagem
Retida
Percentagem retida
acumulada
Percentagem acumulados
passados
(mm)
63,0
45,0
31,5
22,4
16,0
11,2
8,0
5,6
4,0
2,0
1,0
0,500
0,250
0,125
0,063
P
(g)
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
615,0
1536,0
741,0
90,0
9,0
3,0
3,0
4,0
4,0
1,0
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
20,30
50,69
24,46
2,97
0,30
0,10
0,10
0,13
0,13
0,03
(%)
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
20,30
70,99
95,45
98,42
98,71
98,81
98,91
99,04
99,17
99,21
(%)
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
79,70
29,01
4,55
1,58
1,29
1,19
1,09
0,96
0,83
0,79
Representação gráfica dos resultados
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
Abertura quadrada dos peneiros (mm)
63,0
31,5
16,0
8,0
4,00
2,00
1,00
0,500
0,250
0,125
0,00
0,063
Percentagem cumulativa que passa (%)
100,00
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO A.3
BRITA 2 (GROSSA)
Norma de referência: NP EN 933-1: 2000. Ensaios das propriedades geométricas dos agregados.
Parte1: Análise granulométrica – Método de peneiração
Abertura dos
peneiros
(mm)
63,0
45,0
31,5
22,4
16,0
11,2
8,0
5,6
4,0
2,0
1,0
0,500
0,250
0,125
0,063
P
Massa da
amostra=
Massa Retida (Ri)
Percentagem
Retida
Percentagem
retida acumulada
(g)
0,0
0,0
4857,3
10040,4
840,5
25,7
1,0
0,5
0,0
0,5
0,7
1,5
4,3
6,1
5,8
1,4
(%)
0,00
0,00
30,71
63,47
5,31
0,16
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,03
0,04
0,04
0,01
(%)
0,00
0,00
30,71
94,17
99,49
99,65
99,66
99,66
99,66
99,66
99,67
99,68
99,70
99,74
99,78
99,79
Percentagem
acumulados
passados
(%)
100,00
100,00
69,29
5,83
0,51
0,35
0,34
0,34
0,34
0,34
0,33
0,32
0,30
0,26
0,22
0,21
15819,2
Representação gráfica dos resultados
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
63,0
31,5
16,0
8,0
4,00
2,00
1,00
0,500
0,250
0,125
0,00
0,063
Percentagem cumulativa que passa (%)
100,00
Abertura quadrada dos peneiros (mm)
A. 9
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A. 10
ANEXO A.4
SAIBRO
A. 11
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Massa
total da
amostra
Massa de % de retidos
% Ret.
% Ret. Acumulados % de passados no
de saibro
Peneiros material na fracção Acumulados na no total da amostra total da amostra
submetida
retida (gr.)
<2mm
fracção <2mm
(30,2%)
(...)x0,698
a ensaio: Percentagem
Massa de
2mm
0
0
0
100,00%
69,80%
1950,3 gr.
de fracção
material
1mm
32,3
27,30%
27,30
72,70%
50,74%
passada no
submetida a 0,5mm
24,8
20,96%
48,26
51,74%
36,11%
peneiro #2mm:
peneiração 0,25mm
19,7
16,65%
64,91
35,09%
24,48%
100-30,2 =
(118,3 gr.) 0,125mm
16,9
14,29%
79,20
20,80%
14,51%
69,8%
0,063mm
12,6
10,66%
89,86
10,14%
7,08%
Total
106,3
Pass. Pen
12
10,14%
100
0,063mm
Norma de referência: LNEC E239:1970. Solos. Análise granulométrica por peneiração húmida
Fracção retida
no peneiro
#2mm após
lavagem:
588,9gr.
Massa de % de retidos
% Ret.
% Ret. Acumulados % de passados no
Peneiros material na fracção Acumulados na no total da amostra total da amostra
retida (gr.)
>2mm
fracção >2mm
(30,2%)
(100%)
Peneiração 11,2mm
0
0%
0%
0%
100,00%
da fracção
8mm
26,3
4,47%
4,47%
1,3%
98,64%
retida
5,6mm
75,7
12,86%
17,33%
5,2%
94,75%
4mm
83,4
14,17%
31,50%
9,5%
90,48%
2mm
403,3
68,50%
100,00%
30,2%
69,80%
Total
588,7
100,00%
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A. 12
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO B
Difracção de Raio X:
Fracção < 2µm, preparação orientada seca ao ar (normal).....B1
Fracção < 2µm, saturada com glicol.....B2
Fracção < 2µm, preparação desorientada.....B3
Fracção < 2µm, aquecida a 490ºC.....B4
A. 13
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO B.1
Fracção < 2µm, preparação orientada seca ao ar (normal)
A. 15
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A. 16
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO B.2
Fracção < 2µm, saturada com glicol
A. 17
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A. 18
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO B.3
Fracção < 2µm, preparação desorientada
A. 19
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A. 20
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO B.4
Fracção < 2µm, aquecida a 490ºC
A. 21
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
A. 22
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO C
Ensaio de Resistência à Compressão:
Ficha de ensaio da resitência à compressão aos 7 dias.....C1
Ficha de ensaio da resitência à compressão aos 28 dias.....C2
A. 23
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO C.1
Ficha de ensaio da resitência à compressão aos 7 dias
A. 25
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO C.2
Ficha de ensaio da resitência à compressão aos 28 dias
A. 27
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO D
Ensaio de Absorção de Água por Capilaridade:
Ficha de Ensaio – Provetes Normais.....D1
Ficha de Ensaio – Provetes Alterados.....D2
Variações entre as Pesagens.....D3
Correcção Estatística.....D4
A. 29
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO D.1
Ficha de Ensaio da Absorção de Água por Capilaridade – Provetes Normais
E 393 - Betões. Determinação da absorção de água por
capilaridade
Norma de
referência:
Requisição nº
Data de
ensaio:
439/10
15-02-2011
Boletim nº
Referência da
amostra:
Normal
Provetes
Tipo de
betão
Tipo de
provete
Moldado
(NP1383)
Forma do provete
Corte
Cubo
Idade
Condicionamento
até á data de
ensaio a)
05-012011
41
câmara de
cura
Cilindro
x
a)
Data de
fabrico
x
Na câmara de cura 20ºC
Referência do
provete
Diâmetro/arestas
(mm)
b) c)
d)
Altura
(mm)
Volume
3
(mm )
e)
1
150
301
5319109
2
150
301
5319109
3
150
302
5336781
b)
Deve ter, de preferencia, 150mm de diâmetro ou aresta.
c)
Riscar a opção que não se aplica.
d)
Deve ter, de preferencia, altura igual a 2 vezes o diâmetro, ou aresta.
e)
Volume mínimo de 0,001m3.
Absorção de água por capilaridade
M0- Massa do provete seco
1
Referência do provete
2
3
12138,1
12146,8
12113,7
3
12168,9
12173,6
12141,9
6
12177,3
12180,8
12148,8
24
12202,4
12202,8
12171,6
72
12219,5
12221,6
12184,2
f)
(g)
Tempo
(horas)
Mi-
Massa do
g)
provete
(g)
A. 31
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Altura de ascensão capilar
h)
Tempo
Referência do provete
Face
(horas)
1
2
3
1
30
23
40
2
25
30
26
3
27
26
25
4
32
35
22
1
32
24
40
2
26
30
30
3
30
30
26
4
36
36
22
1
40
25
47
2
30
32
30
3
40
30
27
4
45
38
25
1
45
27
49
2
45
33
35
3
40
35
27
4
45
38
25
3
Normal
6
24
72
h)
Provetes cilindricos - medir as 4 alturas ao longo de 4 geratrizes igualmente espaçadas; Provetes
prismáticos - medir as 4 alturas ao longo do eixo vertical de simetria das 4 faces.
A. 32
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO D.2
Ficha de Ensaio da Absorção de Água por Capilaridade – Provetes Alterados
Norma de
referência:
E 393 - Betões. Determinação da absorção de água por capilaridade
Requisição nº
439/10
Data de ensaio:
15-02-2011
Boletim nº
Alterado
Referência da amostra:
Provetes
Tipo de provete
Tipo de betão
Moldado
(NP1383)
Forma do provete
Corte
Cubo
Cilindro
x
a)
x
Data de
fabrico
Idade
Condicionamento
até á data de
ensaio a)
05-012011
41
câmara de
cura
Na câmara de cura 20ºC
Referência do
provete
Diâmetro/arestas
(mm)
b) c)
d)
Altura
(mm)
Volume
3
(mm )
e)
1
150
301
5319109
2
150
302
5336781
3
150
301
5319109
b)
Deve ter, de preferencia, 150mm de diâmetro ou aresta.
c)
Riscar a opção que não se aplica.
d)
Deve ter, de preferencia, altura igual a 2 vezes o diâmetro, ou aresta.
e)
Volume mínimo de 0,001m3.
Absorção de água por capilaridade
Referência do provete
M0- Massa do provete seco
1
2
3
12021,8
12157,5
12152,5
3
12069,4
12188,3
12186,2
6
12069,8
12196,8
12195,2
24
12098,2
12222,8
12222,1
72
12121,1
12241,0
12242,0
f)
(g)
Tempo
(horas)
Mi-
Massa do
g)
provete
(g)
A. 33
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Altura de ascensão capilar
h)
Tempo
Referência do provete
Face
(horas)
1
2
3
1
35
31
27
2
39
29
40
3
25
30
36
4
38
24
36
1
40
36
39
2
50
30
40
3
29
35
36
4
41
25
36
1
50
42
41
2
55
38
46
3
37
38
48
4
57
37
45
1
60
52
45
2
72
43
52
3
55
40
54
4
60
49
47
3
Alterados
6
24
72
A. 34
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO D.3
Variações entre as Pesagens
3
6
24
72
Normal
% de aumento rel. % de aumento rel. à Massa
ΔM (gr.)
à Massa inicial
da medição anterior
0,2357%
0,2357%
28,600000
0,0618%
0,0617%
7,500000
0,1920%
0,1915%
23,300000
0,1332%
0,1326%
16,166667
3
6
24
72
Alterado
% de aumento rel. % de aumento rel. à Massa
à Massa inicial
da medição anterior
0,3085%
0,3085%
0,0493%
0,0491%
0,2238%
0,2230%
0,1679%
0,1669%
ΔM (gr.)
37,366667
5,966667
27,100000
20,333333
A. 35
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
ANEXO D.4
Correcção Estatística
O objectivo do presente anexo é corrigir o valor do provete A1 (Fig. Anx1), para a medição realizada
às 3 horas (correspondendo a t=103,923
).
Fig Anx1 – Resultados da absorção de água por capilaridade ao longo do tempo
Os registos do provete “Alterado 1” (A1) foram tidos como referência, determinando-se qual a relação
percentual(%) deste primeiro com os provetes “Alterado 2” (A2) e “Alterado 3” (A3). Estes valores
encontram-se no Quadro Anx1.
Quadro Anx1 – Relação percentual entre o provete A1 e os provetes A2 e A3
t=
A3
A2
3h
103,923
?
?
6h
146,969385
88,9583333%
81,875%
24h
293,9388
91,09948%
85,4712%
72h
509,1169
90,13092%
84,08862%
Seguidamente, essas relações percentuais foram representados no gráfico da Figura Anx2, com o
objectivo de definir regressões lineares para os provetes A2 e A3. Após a definição destas rectas,
através das suas equações, procedeu-se à determinação da ordenada para o valor alvo da correcção
(t=3h) em função dos provetes A2 e A3, tal como se apresenta no Quadro Anx2.
A. 37
Estudo de betões com substituição parcial da areia por saibro
Fig Anx2 – Relações percentuais e regressões lineares
Relações para 3h (Quadro Anx2):
Quadro Anx2 – Ordenada em função das regressões lineares para t=3h (103,923
A3
A2
3h
103,923
89,49859%
82,7094%
Estimativa do valor alvo de correcção (Quadro Anx3):
Quadro Anx3 – Média das estimativas para t=3h (103,923
)
Média
Valores para A1
1,907029896 / 0,8949859 = 2,305699106
2,206492
1,742923466 / 0,827094 = 2,10728583
Média dos provetes para t=3h, após a correção: 1,95214861Kg/m²
A. 38
)