RESUMO DAS AULAS TEMAS I e III. Materiais de construção — Definição: São considerados materiais de construção, aqueles que possuindo uma certa resistência e propriedades próprias e que possam constituir matéria sólida, são destinados a suportar cargas a que estarão submetidos durante a vida útil do edifício. Podem ser simples ou compostos; podem ser obtidos directamente da natureza ou elaborados industrialmente.

Classificam-se em: Materiais Principais – os que têm como função suportar as cargas

principais e conceder uma estrutura resistente ao edifício. Ex.: Pedra, Betão, Aço, Madeira.

Materiais de Ligação – são materiais com dimensões muito reduzidas, cuja função é ligar outros materiais originando estruturas mais complexas. Ex.: Cimento, cal, gesso, asfalto, cola.

Materiais de Acabamento – servem para dar um acabamento estético ao edifício, melhorando as suas propriedades servindo também para proteger os elementos resistentes do mesmo e para permitir o seu funcionamento. Ex.: Argamassa, gesso, madeira, tinta, plástico, vidro, cerâmico, alumínio.

— Importância: É o conhecimento dos materiais de construção que possibilita ao projectista (engenheiro ou arquitecto) escolher, dos materiais disponíveis, aquele que melhor atenda às condições de solidez, durabilidade, custo e acabamento da obra, sendo estes, factores determinantes da qualidade da construção.

1.1 Evolução histórica dos materiais de construçãoOs materiais de construção definiam a História nos seus primórdios sendo dividida conforme a predominância do emprego de um ou de outro material. É o caso da Idade da Pedra e da Idade do Bronze.Nas civilizações primitivas, o Homem empregava os materiais assim como os encontrava na Natureza; não os trabalhava. Não demorou muito, porém, para que começasse a aprender a modelá-los e adaptá-los às suas necessidades. A partir dai a evolução se deu a passos lentos. Até a época dos Grandes Descobrimentos, a técnica se resumia em modelar os materiais encontrados, os quais eram poucos, tendo quase sempre o mesmo emprego. Na construção predominavam a pedra, a madeira e o barro. Os metais eram pouco empregados, e, ainda menos, os couros e as fibras vegetais.Aos poucos foram aumentando as exigências do Homem, e, consequentemente, os padrões requeridos. Ele passou a demandar materiais de maior resistência, maior durabilidade e melhor aparência do que aqueles até então empregados. Assim, por exemplo, é o caso do betão armado. Durante muito tempo, para grandes vãos e cargas, só se usou a pedra. Tornava-se necessário um material de confecção e moldagem mais fáceis, que fosse trabalhável como o barro e resistente como a pedra. Surgiu dai o betão. Posteriormente, com a difusão do uso deste material, procurou-se, naturalmente, aperfeiçoá-lo para que pudesse vencer grandes vãos – apareceu o betão armado, que, por sua vez, incentivou a pesquisa dos aços e, com o tempo, levou ao betão pré-esforçado.

Presentemente, a tecnologia avança com rapidez e o engenheiro precisa estar actualizado para poder aproveitar as técnicas mais avançadas, utilizando materiais de melhor padrão e menor custo.

Especificaçöes Técnicas

Um projeto de engenharia não só consiste em planos, desenhos e cálculos, também inclui uma parte escrita que forma parte da memória descritiva e as especificações técnicas.

A memória descritiva é a parte do projeto em que são explicados todos os elementos que não podem ser explicados por gráficos ou ser esboçados dentro dos quais estão:

1 - Descrição da área e condições de execução dos trabalhos 2 - Modo de organização da área do trabalho 3 - Processo tecnológico para usar 4 - Materiais; característica de obter e particularidades

No caso dos materiais de construção as especificações são divididas em duas partes: 1 - Especificações dos materiais (propriedades) 2 - Especificações de execução (modo de emprego)

Como especificar materiais?

a) Quando especificamos os materiais é necessário usar a maior precisão possível, definindo

todos os elementos de acordo com sua origem.b) Devem ser especificados todos os dados técnicos dos materiais embora eles sejam

evidentes para o planejado, podem não sê-lo para o fornecedor ou o fabricante, evitando com isto possíveis confusões e omissões

c) Não é conveniente só nomear e necessário também sua classificação de acordo com o tipo, propriedades, marcas e origem.

d) Tratar de não omitir nenhum material embora seja pequeno sua utilização pois pode ocasionar dúvidas e atrasar seu emprego.

e) É conveniente revisar os catálogos oficiais dos materiais para confirmar as características deles de acordo com projeto.

Deve ser utilizada uma guia de especificações para não omitir nenhum detalhe técnico.

Normalizaçao

Propósito da normalização: As normas são elaboradas com o objetivo de regular a qualidade, classificação, produção e emprego de materiais diversos.

No passado o nome e a reputação de um fabricante era bastante para ter idéia da qualidade de um material, este processo foi muito regional e se complicou quando os fabricantes novos não tiveram opção de competição no mercado, fez-se necessário estabelecer padrões unificados de qualidade e uso dos materiais com que pode ser medido os produtos que vêm de qualquer fabricante grato ou não no mercado.

Em cada região ou país se estabeleceram normas especificas de controle de qualidade e propriedades dos produtos deles e produções, embora avançou muito no campo da integração e generalização do mesmo para estabelecer um equilíbrio no comércio internacional de produtos.

Por exemplo em Brasil a normalização toma conta da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), uma sociedade civil sem fins lucrativos com sede no Rio de Janeiro o mesmo esta combinação um para os sócios seguintes, esparrame pelo país inteiro.

- mantenedores - contribuem substancialmente;- coletivos - sinal ou entidades;- singular - contribuem em balança menor;- entidades associadas - aconselham o trabalho de ABNT.

ABNT é dedicado à elaboração, difusão e implementação de normas técnicas, isto não restringe isso em campos, mas outro particular específico ou entidades de funcionário exista com os mesmos objetivos.Alguma exemplos do associação:

Brasil:- Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP); - Instituto brasileiro do Concreto (IBC); - Instituto brasileiro do Pinho (IBP).

Estados Unidos:- Americam Society for Testing Material (ASTM) - Americam Standard Association (ASA)

Alemanha - Deutsche Normenausschuss (DIN)

Inglaterra - British Standards Institution (BS)

Noruega

- Norges Standardiserings-Forbund (NSF)

Como siglas de normas podem ser citadas:

Siglas Nacionalidad Siglas Nacionalidad

IRAM Argentinas IS Indianas

A Austriacas BS Inglesas

NBN Belgas SI Irlandesas

CNS Checoslovacas UNI Italianas

NC Cubanas JIS Japonesas

DS Dinamarquesas NS Noruegas

UNE Españolas NP Portuguesas

AFNOR Francesas STAS Romanas

SFS Finlandesas GOST Rusas

NEN Holandesas SIS Suecas

MOSZ Húngaras

Essas entidades todas são coordenadas pelo ISO (International Organization for Standardization) e por comitês continentais, como o COPANT (Organização Pan- Americana de Normas Técnicas).

Algumas organizações de coberta internacional são:

ACI Americam Concrete Institute PCA Portland Cement Association

Validez de uma Norma

As normas não são estáticas, eles estão em desenvolvimento contínuo e melhoria, como a indústria avança e técnico de construção, a atualização das normas técnicas que eles endossa estes processos deveria avançar deste modo.

Tipos de Documentos Normativos:

- Normas; estabelecem o diretivo de mim calculam e métodos de execução de trabalhos,

serviços como também as condições mínimas de segurança.

- Especificações; estabelecem as prescrições dos materiais.

- Métodos de testes; estabelecem os processos para a tomada e teste de amostras.

- Padrões; estabelecem as dimensões dos materiais e produtos.

- Terminologia; regularizam a nomenclatura técnica.

- Simbologia; estabelecem as convenções de desenho.

- Classificações; ordenam e dividem conjuntos de elementos.

Normalizadores:Ter de comitês são as associações que normalizam os processos em uma filial isto especifica do conhecimento.Exemplo:

- Minerals e Metallurgy; Construction; Electricity (Eletrônico, Eletrotécnica e Iluminação) etc.

1.2 Propriedades gerais dos corpos

Dá-se o nome de propriedades de um corpo às qualidades exteriores que o caracterizam e distinguem. Um dado material é conhecido e identificado por suas propriedades e por seu comportamento perante agentes exteriores.As propriedades variam de material para material. No entanto, são propriedades gerais dos corpos: — Extensão – é a propriedade que possuem os corpos de ocupar um lugar no espaço; — Impenetrabilidade – é a propriedade que indica não ser possível que dois corpos

ocupem o mesmo lugar no espaço; — Inércia – é a propriedade que impede os corpos de modificarem, por si mesmos, seu

estado inicial de repouso ou movimento; — Atracção – é a propriedade de a matéria atrair a matéria, de acordo com a lei de

atracção das massas; — Porosidade – é a propriedade que tem a matéria de não ser contínua, havendo espaço

entre as massas; — Divisibilidade – é a propriedade que os corpos têm de se dividirem em fragmentos

cada vez menores; — Indestrutibilidade – é a propriedade que a matéria tem de ser indestrutível.

As seguintes propriedades são específicas dos corpos sólidos:

— Elasticidade – é a tendência que os corpos apresentam a retornar à forma inicial após a aplicação de um esforço;

— Plasticidade – é a tendência que os corpos apresentam a não retornar à forma inicial após a aplicação de um esforço. É uma propriedade contrária da elasticidade;

— Ductibilidade – é a capacidade que têm os corpos de se reduzirem a fios sem se romperem (o barro tem boa plasticidade e pequena ductibilidade);

— Fragilidade – é a capacidade que têm os corpos de apresentarem pequenas deformações antes de romperem (é o contrário de ductibilidade);

— Maleabilidade – é a capacidade que têm os corpos de se adelgaçarem até formarem lâminas sem, no entanto, se romperem;

— Dureza – é a resistência que os corpos opõem ao serem riscados; — Tenacidade – é a resistência que os corpos opõem ao choque ou percussão

(observem-se que o vidro tem grande dureza, mas pequena tenacidade); — Resiliência – é a resistência que os corpos opõem às cargas dinâmicas (ou seja, é

capacidade que têm os corpos de armazenar energia de deformação sem sofrer deformações permanentes);

— Durabilidade – é a capacidade que os corpos apresentam de permanecerem inalterados com o tempo (ou seja, resistem ao meio ambiente em que estão colocados);

— Desgaste – é a perda de qualidades ou de dimensões dos corpos com o uso contínuo (durabilidade e desgaste não são necessariamente inversos);

— Resistência Mecânica – é a capacidade que tem os corpos de suportarem mecanicamente várias cargas sem se romperem;

São propriedades intrínsecas dos corpos:

— Massa – é a quantidade de matéria e é constante para o mesmo corpo, esteja onde estiver;

— Peso – é a força com que a massa é atraída para o centro da terra, varia de local para local (num mesmo local os pesos são proporcionais às massa, porque a gravidade é a mesma);

— Peso específico – é a relação entre o peso de um corpo e o seu volume (consequentemente não é constante);

— Densidade – é a relação entre a massa de um corpo e a massa de mesmo volume de água destilada a 40 C, no vácuo. É uma relação expressa por um número abstracto.

Esforços Mecânicos

Os esforços mecânicos ou solicitações simples a que um corpo pode ser submetido são:

1) Compressão 2) Tracção

3) Flexão 4) Torção 5) Cisalhamento

FlexãoSolicitação composta

tracioncompres

Chama-se tensão à relação (σ = P / S) entre o esforço aplicado e a área da secção resistente.

Geralmente, é medida em MPa

Saço = 10 cm2P = 3 000 kgf

Saço = 30 cm2

P = 6 000 kgf

Módulo de elasticidades ou módulo de Young é relação entre a tensão e a deformação unitária resultante.

Exemplo:Seja um fio de 1 cm de diâmetro que, submetido a uma tração de 500 kgf, passa de uma longitude de 3 m para 3,02 m.

Área do fio:

Tensão:

Deformação total:

Deformação unitária:

Módulo de elasticidade:

1.3 Conceito de betão como material de construção

— Definição: Betão é um material constituído pela mistura homogénea, 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.

— Principais vantagens do betão:

1) Facilidade e pouca energia subjacente à sua fabricação;2) Economia relativa de produção e manutenção face aos outros materiais;3) Disponibilidade de matérias-primas na natureza;4) Adaptabilidade arquitectónica que permite tomar inúmeras formas e encher espaços

diversificados;5) Endurecimento rápido e resistência mecânica às solicitações correntes (particularmente

compressão e flexão);6) Incombustibilidade;7) Associação privilegiada ao aço, formando o betão armado e o betão pré-esforçado, que

lhe dão extraordinária resistência aos esforços de tracção;8) Compatibilidade com outros materiais, permitindo novas soluções tecnológicas na

construção.

— Desvantagens mais evidentes do betão:

1) Elevado peso próprio (da ordem de 2,4 t/m3);2) Baixo poder de isolamento térmico;3) Dificuldade e custo na destruição e recuperação das obras que necessitem de ser

demolidas;4) Sensibilidade às variações higrotérmicas;5) Aumento das deformações dos elementos, com o decorrer do tempo de sujeição às

cargas instaladas (Fluência).

I.4. Propriedades fundamentais de um betão:

No ciclo de vida do betão emergem duas etapas distintas: o Betão Fresco e o Betão Endurecido, qualquer delas com propriedades específicas.

De um modo geral exigir-se-á que factores como a trabalhabilidade, a resistência mecânica e a durabilidade sejam características essenciais a garantir num bom Betão, às quais estão intimamente ligadas outras propriedades como a homogeneidade, compacidade, impermeabilidade, etc..

— Trabalhabilidade

É a maior ou menor facilidade com que um betão é manipulado, transportado, colocado, adensado e acabado sem que o mesmo perca a sua homogeneidade e uniformidade (ou seja, sem que haja segregação ou separação dos componentes), durante estas operações.

Esta propriedade é avaliada através da coesão e consistência que o betão apresenta, tendo em conta os meios disponíveis para o transporte, colocação, compactação e acabamento do mesmo.

As características físicas, geométricas e qualidades dos componentes de um betão (Inertes, Cimentos, Água e Adjuvantes), são os factores mais influentes na sua trabalhabilidade. No entanto, há um objectivo básico: procurar uma mistura que possua a melhor trabalhabilidade, com o mínimo atrito interno e o mínimo possível de água.

— Resistência Mecânica

A resistência do betão pode ser avaliada em termos de esforços de compressão, tracção, flexão, corte, etc., sendo que, fundamentalmente, o controlo do comportamento mecânico deste material seja feito através de ensaios de rotura à compressão e nalguns casos também de flexão (pontes, estradas, etc.).

Os factores principais que influenciam na resistência do betão são:

a) Constituintes;b) Trabalhabilidade;c) Característica dos moldes;d) Compactação;e) Cura;f) Idade;g) Métodos de ensaio.

— Durabilidade

É a capacidade que um betão tem em comportar-se de modo satisfatório frente às acções ambientais agressivas de carácter físico ou químico que o solicitem, e de proteger adequadamente as armaduras e restantes elementos metálicos incorporados na sua massa, durante o tempo de vida de serviço previsto para a estrutura.

São factores essenciais para uma boa durabilidade:

a) Relação Água/Cimento;b) Compactação e Cura;c) Espessura de Recobrimento.

Quase todos os factores que influem na resistência mecânica serão igualmente determinantes na durabilidade de um betão.

De todos os condicionalismos mencionados, a obtenção de um baixo coeficiente de permeabilidade será o mais decisivo.

I.5. Tipos de betões

Os betões podem ser classificados de acordo com o tipo de ligante utilizado na sua confecção (cimento, betume, resina, etc.) ou com a sua massa volúmica (dependendo do tipo de inerte incorporado, visto que este constituinte ocupa cerca de 80% do volume do betão).

Os tipos mais comuns são:

— Betões Leves— Betões Pesados— Betões Especiais

Betões Leves: Usados na pré-fabricação ou como material de enchimento, devido as suas propriedades essenciais:

Leveza ( até 1,8 t/m3); Bom isolamento térmico; Facilidade de serem trabalhados após o endurecimento (menor resistência mecânica que

os betões tradicionais).

Exemplos: 1) Betões de argila expandida – são obtidos através da incorporação de grânulos arredondados de

argila cozida a altas temperaturas (1100ºC). Estes betões apresentam uma massa volúmica entre 600 e 1000 Kg/m3.

2) Betão celular autoclavado – é constituído por uma massa fluida homogeneizada de cal gorda, cimento portland, areia siliciosa, pó de alumínio e água, que devido à reacção entre a cal e o alumínio, provoca a libertação de bolhas de hidrogénio aumentando de volume e adquirindo estrutura celular, com bolhas ou células esféricas de diâmetro variando entre 0,1 e 0,3 mm que não comunicam entre si.

O tratamento em autoclave (12 horas sujeito a um regime especial de pressão e temperatura) confere-lhe dureza, resistência e estabilidade dimensional, conduzindo à uma massa volúmica entre 300 e 1200 Kg/m3.

3) Betão de escória de alto-forno – é constituído por um granulado inerte de escória do alto-forno, arrefecida, de forma a obter uma estrutura esponjosa, com massa volúmica entre 500 e 900 Kg/m3.

4) Betão sem finos – é um betão sem areias, com aspecto cavernoso, nos quais se utilizam apenas agregados grossos (Ø 10 a 30 mm) e pasta de cimento. Não têm fissuração e são pouco higroscópicos (ou seja, são permeáveis) devendo ser convenientemente revestidos. Têm em média 1400 a 1600 Kg/m3 e 50% da resistência do betão corrente.

Betões Pesados: Possuem massa volúmica superior a 2,5 t/m3, usados sobretudo para elementos protegidos contra as radiações (aceleradores de partículas, reactores nucleares, produtos radioactivos, etc.).

Para obter estes betões recorre-se à substituição dos inertes correntes por outros mais densos, à base de barita (sulfato de bário), magnetite (óxido de ferro), detritos de aço, etc..

No seu fabrico há que atender ao perigo de segregação e a eficácia da vibração. Os moldes terão que ser obviamente mais robustos e estanques, levando a um betão mais caro que o comum.

Betões Especiais: Como betões especiais vamos aqui considerar não só os que diferem dos betões correntes pela sua densidade (2 categorias: betões leves D < 1, 8 e betões pesados D > 2,5) como também outros tipos de betões que por outras características especiais se afastam dos correntes, e se apresentam sem qualquer critério de sequência. Tema X.

I.6. Conceitos de betão armado e pré-esforçadoOs tipos de solicitações a que estão sujeitos os elementos estruturais envolvem, na generalidade dos casos, dois tipos de esforços principais que podem aparecer simultaneamente ou não: tracção e compressão.

Ora o betão, bem como as pedras naturais donde provêem os seus materiais constituintes (cimento, inertes) resiste BEM à compressão e MUITO MAL à tracção. Por seu lado, o aço é um material que resiste BEM à tracção e MUITO MAL à compressão.

a) Compressão e tracção no betão b) Tracção e compressão no aço

Como SOLUÇÃO, juntam-se os dois materiais BETÃO + AÇO = BETÃO ARMADO, ficamos com um material que resiste bem à tracção e compressão.

a) Solicitação composta numa viga b) Colocação de armadura para tracção

No betão pré-esforçado, aplica-se à armadura um esforço de tracção para que depois crie uma compressão no betão, quando este ao endurecer, envolver o metal.

Portanto, o varão fica muito mais carregado (ou tensionado); quanto mais resistente for o varão, mais cargas aguenta, mas, o betão pode partir-se, dai que: quanto mais resistente for o aço mais resistente tem de ser o betão.

No betão pré-esforçado, o betão e o aço devem ser mais resistentes do que no betão armado.

Viga em Betão Pré-Esforçado

I.7. Betão Pronto

Por betão pronto designa-se habitualmente a actividade de produção e transporte do betão através de camiões betoneiras (auto betoneiras) com função agitadora e/ou misturadora, de volumes de betão (≈ 6 m3/veículo) preparado em centrais fixas tecnologicamente habilitadas para confeccionar um material com a qualidade adequada ao tipo de estrutura e obra pretendidos, onde o mesmo vai ser incorporado.

Em resumo, esta vertente tecnológica trás as seguintes vantagens:

Melhoria da qualidade e segurança na construção; Maior rapidez da execução da obra; Redução dos custos da Não-Qualidade; Protecção ambiental e do consumidor; Procura da satisfação do utilizador.

Foto de um Camião Betoneira

Componentes do Betão: TEMA II. INERTES

2.1. Inertes Definição: Os inertes para betões são materiais granulados, constituídos por partículas de rochas, naturais ou artificiais, com dimensões que variam geralmente entre cerca de 20 cm e 0,10 mm. Dispersos pela pasta de cimento, constituem no betão o seu “esqueleto” perfazendo 70 a 80% do seu volume.

O seu emprego deve-se a razões técnicas e económicas, mas é necessário tomar em conta que as características do inerte afectam profundamente o comportamento do betão.

— Classificação

Os inertes podem ser agrupados de diferentes maneiras conforme o ponto de vista considerado:

1) Petrográfico – de acordo com a rocha de origem: — Ígneos; — Sedimentares; — Metamórficos.

2) Obtenção: — Rolados (naturais ou provenientes da erosão, sedimentação e depósitos das

rochas originárias); — Britados (artificiais ou por fracturas de rochas).

3) Dimensões: — Inerte Grosso ou Pedra (Ø ≥ 4.76 mm), pode ser rolado (godo e seixo ou

calhau) ou britado (Brita); — Inerte Fino ou Areia (Ø < 4.76 mm), também rolado (caso comum) ou

britado (pó de pedra).

4) Massa Volúmica: — Inerte Leve (Mv < 2.3 g/cm3);

— Inerte Normal (2.3 g/cm3 ≤ Mv ≤ 3.0 g/cm3); — Inerte Pesado (Mv > 3.0 g/cm3).

5) Baridade – é a massa da unidade de volume do inerte contido num recipiente; o quadro seguinte ilustra esta classificação que se apresenta a mais prática:

Em qualquer caso, as propriedades que hoje se exigem dos inertes são essencialmente de natureza geométrica, física e química, designadamente:

Formas adequadas e dimensões proporcionadas; Adequada resistência às forças e às acções mecânicas; Adequadas propriedades térmicas; Adequadas propriedades químicas (relativamente aos ligantes e às acções exteriores); Isenção de substâncias prejudiciais.

— Caracterização e propriedades fundamentais

1) Forma das Partículas

A forma das partículas influi muito sobre as propriedades do betão, tais como a trabalhabilidade, ângulo de atrito interno, compacidade e, em última análise, sobre todas a que dependem da quantidade de água de amassadura.

À partícula pode circunscrever uma esfera ou um paralelepípedo rectangular cuja relação entre os seus volumes pode definir diferentes graus de esfericidade ou em outros tipos de formas, como cúbica, achatada ou laminar (espessura/largura < 0.50) e alongada ou acicular (comprimento/largura > 1.50). Uma boa forma de inertes consegue-se definindo 50% máximo de partículas alongadas e achatadas.

Para medir a forma das partículas podem seguir-se dois (2) processos:— fazer medições geométricas sobre cada uma das partículas;— determinar certas propriedades do seu conjunto (Ex.: permeabilidade, baridade, tempo de

escoamento de um dado volume de inerte por um orifício).

O método mais apropriado para medir a forma é baseado na esfericidade ou coeficiente volumétrico, γ, quociente do volume da partícula, V, pelo volume da esfera de diâmetro igual à maior dimensão, N, da partícula:

γ= Vπ⋅N3

6

=1,91 VN3

Ex.: γ = 0,50 (ovo); γ = 0,37 (cubo); γ = 0,07 (achatada) e γ = 0,01 (alongada).

O inerte excepcionalmente bom tem um coeficiente superior a 0,4 sendo bons os inertes com coeficientes entre 0,3 a 0,4.

Limites mínimos (NP): 0,12 para inerte rolado e 0,15 para inerte britado.

2) Resistência Mecânica

O inerte influi em todas as propriedades do betão, e especialmente na sua resistência através da composição granulométrica, da sua própria tensão de rotura e da resistência da ligação entre a pasta de cimento e a sua superfície.

À medida que cresce a dosagem de cimento de um betão a sua tensão de rotura tende para um valor constante, que depende da tensão de rotura da rocha que constitui o inerte (limite mínimo fixado em 60 a 70 MPa). Dai a resistência do betão só dependerá da resistência da pasta de cimento.

Ensaios para avaliação da resistência do inerte:a) determinação da tensão de rotura da rocha originária;b) ensaios de compressão confinada ou ensaio de esmagamento – aceitável para máximo

45% de resistência ao esmagamento;c) ensaios sobre partículas individuais;d) ensaios comparativos sobre betões.

Para avaliação da resistência do inerte também se usam os ensaios de abrasão e desgaste:e) Ensaio de Dorry (sobre a rocha originária - abrasão);f) Ensaio de Deval (sobre o próprio inerte - desgaste);g) Ensaio de Los Angeles ( abrasão e desgaste) – admite-se uma perda máxima de 50% do

peso do inerte para betão.

3) Propriedades térmicas

As principais propriedades térmicas que interessa considerar são:

O coeficiente de dilatação térmica; O calor específico; O coeficiente de condutibilidade térmica.

O coeficiente de dilatação térmica do inerte, sobretudo o de maiores dimensões, pode ser muito diferente do da pasta de cimento, então, uma grande variação da temperatura pode introduzir diferença apreciável nas dimensões relativas do inerte e da pasta de cimento, donde resulta a rotura de ligação entre estes.

A temperatura deve estar entre 4 a 60 oC e a diferença entre os dois coeficientes deve ser no máximo igual a 5x10-6 oC-1.

O calor específico e o coeficiente de condutibilidade térmica são importantes no betão em massa, ou nas estruturas em que se exigem certos isolamentos térmicos.

O coeficiente de condutibilidade térmica do inerte é muito variável com a natureza da rocha, dependendo bastante, do seu grau de humidade (variam da ardósia 220x10 -5 até ao mármore 540x10-5 cal cm-1 s-1 oC-1)

Os calores específicos são muito menos variáveis e situam-se quase todos em cerca de 0,20 cal g-

1 oC-1.

4) Propriedades químicas

A composição química e mineralógica dos inertes e a sua reactividade com o ligante, ou com as impurezas existentes no próprio agregado, que poderão potenciar reacções prejudiciais no seio do betão.

Relativamente às reacções químicas entre o cimento e o inerte, há que recear a possibilidade de expansões elevadas que anulam a coesão do material e a formação de substâncias que estão longe de ter propriedades aglomerantes.

Os tipos de reacções mais correntes são:

a) Reacção, em meio húmido, entre os álcalis do cimento (sódio e potássio nele existente) e a sílica não perfeitamente cristalizada do inerte;

b) Reacção dos álcalis do cimento com carbonato de magnésio de certos calcários dolomíticos;

c) Reacção de determinadas formas de alumina com sulfatos em presença de soluções sobresaturadas de hidróxido de cálcio fornecidas pela hidratação do cimento.

Por outro lado, há outros minerais cuja presença é normalmente indesejável, como sulfuretos, gesso, óxidos de ferro, feldspatos alterados (caulinizados), minerais argilosos, etc.. — Impurezas contidas nos inertes

É natural existirem partículas com propriedades por vezes perniciosas para o betão; também, dadas as condições da sua formação, pode estar contaminado com outras substâncias estranhas.

As impurezas que o inerte contém podem interferir química ou fisicamente, podendo salientar:

o Acção química:

a) Partículas que dão origem a reacções químicas expansivas com o cimento (referidas atrás);

b) Impurezas de origem orgânica (húmus ou lodo orgânico resultante da decomposição parcial, pelos micróbios do solo, dos detritos vegetais e animais, ou por apodrecimento de substâncias orgânicas, como a madeira, etc.);

c) Impurezas de origem mineral (sais) com destaque para os sulfatos, sulfuretos e cloretos.

o Acção Física:

d) Partículas Finas (dimensões inferiores ou iguais às do cimento, que interferem na estrutura do material hidratado, enfraquecendo-o);

e) Partícula friáveis ou com resistência baixa (lenhina, carvão, madeira, grumos de argila, xistos, conchas, etc.);

f) Partículas com expansões ou contracções excessivas devidas às alternativas de embebição e secagem.

— Armazenamento e medição dos inertes

Os cuidados a ter com o armazenamento dos inertes e a medição correcta das quantidades a introduzir na betoneira aquando do fabrico do betão são operações condicionantes da garantia da qualidade dos materiais.

Pretendendo-se que os inertes sejam homogéneos, há que:

a) Evitar a segregação;b) Evitar a contaminação com substâncias estranhas;c) Evitar a rotura das partículas de modo a não alterar a granulometria;d) Uniformizar a humidade.

Quanto a medição, ela deve fazer-se preferencialmente em peso (obrigatório para betões de alta qualidade), devendo-se respeitar a precisão de ±3% da quantidade requerida, quer para os inertes quer para o cimento, água e adjuvantes.

A precisão mínima do equipamento de medição é também expressa e corresponde a um erro de no máximo 1% da medida.

2.2. Determinações necessárias dos inertes para o cálculo da composição do betão

Para a determinação das quantidades dos componentes, em peso por unidade de volume do betão, é necessário conhecer ainda outras propriedades do inerte que não servem, geralmente, para apreciação da sua qualidade.

Essas características são:a) massa volúmicab) absorçãoc) humidaded) baridadee) granulometria

A. Massa Volúmica

É a relação entre a massa de um corpo e o seu volume.

Aplicada ao inerte refere-se à massa volúmica das partículas individuais, e não a massa agregada em conjunto.

O inerte para composição do betão não deve estar seco, pois nesta condição os poros em contacto com o exterior, por meio dos capilares, absorverão água da pasta de cimento, não contribuindo para suas reacções de hidratação, alterando ao mesmo tempo a trabalhabilidade.

Para que o inerte não aumente nem absorva a água da amassadura, deve estar saturado de água com a sua superfície seca (sem água na sua superfície).

Método de determinação:

1º) A amostra do inerte é mergulhada na água por 24 horas, saturada; 2º) Retiram-se da água e secam-se as superfícies, uma a uma, enxugando-se com pano

seco. Determina-se a sua massa, p1; 3º) Colocam-se, logo em seguida, num recipiente cilíndrico de rede de arame de malha

inferior a 5 mm com cerca de 20 cm de altura, determinando-se a massa da amostra do inerte saturado dentro da água, p2;

4º) O inerte é depois seco em estufa, a 105 oC, até a massa constante, p3.

A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é:

p1

p1−p2

A massa volúmica das partículas secas é:

p3

p1−p2

A massa volúmica do material impermeável das partículas é:

p3

p3−p2

O método anterior não é aplicável para areia, recorre-se então a outro:

1º) A amostra da areia é saturada por imersão em água, em camada delgada e agitação frequente para desprender as bolhas;

2º) Seca-se a superfície das partículas dispondo-as em camada pouco espessa sujeitas a aquecimento lento até notar-se uma mudança de cor dessas partículas, determinando-se a massa, p1;

Seja: p1 — massa da amostra saturada com superfície seca; P3 — massa da amostra seca a 105 oC até massa constante; m1 – massa do frasco cheio de água; m2 – massa do frasco com amostra saturada e cheio de água,

A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é:

p1

p1+m1−m2

A massa volúmica das partículas secas é:

p3

p1+m1−m2

A massa volúmica do material impermeável das partículas é:

p3

p3+m1−m2

Em resumo, o volume do inerte que há necessidade de usar na tecnologia do betão é: V i=

Pi

δi ,

onde δi é a massa do inerte saturado com superfície seca (em Kg/l) e Pi é a sua massa.

B. Porosidade e Absorção

A absorção de água do inerte é determinada a partir da diminuição da massa duma amostra de inerte saturado de água (superfície seca), seca em estufa a 105 oC, a massa constante, p1-p3.

A relação entre a perda de massa determinada nestas condições e a massa da amostra seca, p3, em %, é chamada absorção, A,

A=p1−p3

p3×100

A absorção em algumas rochas pode atingir cerca de 40%.

C. Humidade

A água aderente à superfície é expressa em percentagem da massa do inerte saturado com superfície seca, e é chamada humidade.

O teor total da água do inerte é igual à soma da absorção com a humidade.

A humidade superficial ou livre (isto é, a que excede a aprisionada pelo inerte no seu interior) deve ser considerada no cálculo das quantidades dos componentes sólidos e líquidos da amassadura. Como varia de ponto para ponto do depósito, deve ser determinada durante o fabrico do betão.

Um método muito usado para determinação da humidade é o da determinação da massa volúmica do inerte húmido, conhecendo previamente a massa volúmica do inerte saturado com superfície seca.

Usando o picnómetro, sendo: δi – a massa volúmica do inerte saturado com superfície seca; p1 – a massa da amostra húmida; p2 – a massa do picnómetro cheio de água; p3 – a massa do picnómetro com a amostra e cheio de água,

O teor de humidade é: H=[ p1

p3−p2×( δ i−1

δi )−1]×100

O ensaio é lento e requer grande cuidado na execução, pois todo o ar deve ser expelido da amostra.

No volumétrico de Chapman, uma certa massa (500g), de inerte húmido é introduzida dentro de um volume de água (200 cm3). A leitura do nível da água (V), no volumétrico permite determinar a humidade:

H=V−200−500

δ i

200+500−V×100

O inerte grosso tem sempre menos humidade do que a areia, e geralmente causa muito menos dificuldade do que esta.

D. Baridade e volume de vazios

A massa volúmica refere-se ao volume de uma partícula individual ou, no conjunto do inerte, a soma dos volumes das partículas.

Como, fisicamente, não é possível arranjar as partículas de modo que não haja vazios entre elas, este número não serve para determinar o volume do inerte para uma amassadura.

Quando se mede um volume de uma classe de inerte é necessário conhecer a do volume de inerte que enche uma medida (ou molde) com um volume unitário.

A massa por unidade de volume aparente duma classe de inerte, chama-se baridade e serve para converter massas de inerte em volumes de inerte, e reciprocamente.

B= MV , onde M - massa do inerte contida no molde (g) e V – o volume do molde;

O volume de material sólido na unidade de volume do inerte é: S= B

δ i [Kg/m3], o volume de

vazios será: V V =1−S , em m3.

A baridade depende, evidentemente, do modo como as partículas estão arranjadas no molde, da percentagem que ocorrem as diversas dimensões das partículas e da forma dessas partículas.

Correção das amassaduras devida à humidade do inerte.

A presença de humidade no inerte obriga às seguintes correcções das quantidades de componentes que entram em uma amassadura:

a) o volume de água contida pelos inertes deve ser diminuído da água adicionada, isto é, o volume de água a introduzir na amassadura, a’, é:

a '=a− 1100

×∑i=1

n

p i H i

b) a massa do inerte húmido deve ser aumentada da massa correspondente a água que contém (medição em peso):

p '=p (1+ H100 )

c) deve-se determinar a baridade sempre que se faz a medição da humidade, reduzindo-se sempre esta baridade de inerte húmido ao peso seco e o volume da areia deve ser corrigido do seu empolamento (medição em volume):

V= p 'Bh , onde:

Bh=M h

V m , sendo Mh – a massa do inerte húmido e

Vm – o volume do molde.E. Granulometria

Granulometria é a distribuição das percentagens das partículas de determinadas dimensões que compõem o inerte.

2.3. Análise Granulométrica

A granulometria é talvez a propriedade mais importante do inerte, à seguir a sua resistência. Pois, é ela que condiciona a compacidade do betão.

Definição:

Chama-se granulometria à distribuição das percentagens das partículas de determinadas dimensões que compõem o inerte.

Sob ponto de vista granulométrico a dimensão de uma partícula é definida pela abertura de uma malha, com forma determinada através da qual ela passa, ficando retida numa malha idêntica de menor abertura.

Peneiros e suas características

A malha dos peneiros que normalmente se usam pode ser quadrada ou redonda, sendo, geralmente, aplicados os de malha redonda para inertes mais grossos.

Peneiros

Uma dada abertura quadrada (d), multiplicada por 1,25 equivale ao diâmetro da abertura redonda: dØ = 1,25 d.

As aberturas das malhas dos peneiros são normalizadas em diferentes países. A série que se especifica entre nós é a série americana da ASTM (American Society for Testing and Materials).

Para efeitos da análise granulométrica dos inertes destinados ao betão, apenas se usam os peneiros cujas aberturas formam uma série geométrica de razão 2, começando em 0,075 mm – Série Principal.

Para maior precisão na análise de inertes grossos, por vezes, intercalam-se peneiros que se consideram da Série Secundária (de acordo com o quadro a seguir).

O peneiro nº 4 (com 4,76 mm de abertura) é o peneiro que, convencionalmente, separa o inerte grosso (pedra) do fino (areia).

Técnica de obtenção de uma análise granulométrica

Os seguintes passos devem ser seguidos para obtenção de uma análise granulométrica:

1º. A amostra deve ser seca (ao ar ou em entufa) para evitar a agregação das partículas finas e a obturação fácil dos peneiros cuja malha é mais apertada.

2º. Para se obterem resultados satisfatórios, comparáveis e fidedignos, é preciso que a amostra seja representativa do conjunto, usando-se o método de esquartelamento ou até mesmo, para a areia, o separador que diminui a dimensão da amostra.

3º. A peneiração pode ser feita à mão, sendo agitado cada peneiro, em separado, até que não passe mais de 1% da massa nela retida ao fim de um (1) minuto. Os movimentos devem ser dados em todas as direcções imprimindo um movimento circular no sentido horário e anti-horário.

4º. Numa tabela são registadas as massas retidas em cada peneiro. A soma dos resíduos nos peneiros deve ser igual, com 1% de tolerância, à massa inicial da amostra.

5º. A partir da tabela determina-se:a) Percentagem retida em cada peneiro (% retida);b) Percentagem total que fica retida no peneiro (% acumulada);c) Percentagem total que passa em cada peneiro (% passada).

Exemplo de uma análise granulométrica:

Abertura da malha (mm)

Peso Retido(g) % Retida %

Acumulada % Passada

19,0 - - 0 1009,51 18,8 1,9 1,9 98,14,76 41,9 4,2 6,1 93,92,38 195,8 19,6 25,7 74,31,19 337,5 33,8 59,5 40,50,595 319,4 31,9 91,4 8,60,297 75,2 7,5 98,9 1,10,149 10,0 1,0 99,9 0,1Refugo (0,074) 1,4 0,1 - -

Total 1000,0 100 383,4

Curva granulométrica

A curva granulométrica é um elemento fundamental para um certo cálculo da composição do betão e é também muito cómodo para apreciar rapidamente a granulometria do inerte e as deficiências que possa ter de partículas de determinada dimensão.

Nas ordenadas ficam marcadas as percentagens passadas através de cada peneiro, graduando-se o eixo de 0 a 100 de baixo para cima em escala aritmética.

Nas abcissas são marcadas as aberturas dos peneiros, geralmente, em escala logarítmica, o que dá no caso de progressão geométrica de razão 2, distâncias iguais de abertura em abertura.

As aberturas dos peneiros intermédios estão distanciadas dos principais pela relação de diferenças dos logaritmos.

Os pontos que representam o resultado da análise são ligados entre si por uma linha contínua, formando a chamada curva granulométrica.

Nota importante:

Uma curva granulométrica da mistura de dois ou mais inertes pode ser obtida facilmente a partir das curvas de cada um deles, basta multiplicar cada ordenada pela percentagem que o inerte entra na mistura e somar as ordenadas correspondentes à mesma abcissa.

As ordenadas correspondentes às partículas com dimensões superiores a um dado peneiro têm o valor 100, e portanto serão multiplicadas pela percentagem do inerte na mistura.

Cálculo do módulo de finura

O módulo de finura é a soma das percentagens totais que ficam retidas em cada peneiro, da série normal (Principal), dividida por 100.

A série normal (Principal) é a que começa no peneiro de 0,149 mm de abertura (nº 100) e se estende, segundo uma progressão aritmética de razão 2, até a máxima dimensão do inerte.

O módulo de finura representa dimensão média ponderada do peneiro do grupo no qual é retido o material, sendo os peneiros contados a partir do mais fino.

Para o exemplo, o mf =383 ,4

100=3 ,83≃4

, significa que a dimensão média é correspondente ao 4º

peneiro da série normal (com abertura da malha igual a 1,19 mm).

Outra interpretação, importante para o cálculo da composição do betão, é a de que o módulo de finura é um número proporcional à área compreendida entre o eixo das ordenadas, a abcissa no ponto de ordenada 100 e a curva granulométrica, no caso de a escala das ordenadas ser decimal e das abcissas ser logarítmica (veja figura anterior).

Designação do inerte

O inerte é designado por dois números separados por um traço: D/d. O primeiro (1º) representando a sua máxima dimensão (D) e o segundo (2º) a mínima dimensão (d).

O inerte pode conter 10% de partículas com dimensão superior a D e 5% de partículas com dimensão inferior d.

Amostragem

A amostra principal deve ser constituída por diversas porções retiradas de diferentes locais do depósito, tanto quanto possível da superfície, do centro e do fundo.

A melhor ocasião para proceder à colheita é à entrada para a betoneira, ou à chegada ao estaleiro, durante a descarga do sistema que transportou o inerte, procurando tirar uma porção do início, outra no meio e outra no fim.

De acordo com a máxima dimensão do inerte (definida a nível visual), é possível saber qual deve ser a massa mínima da amostra para a análise granulométrica, de acordo com a seguinte tabela:

Exercício Prático

A análise granulométrica de três inertes forneceu os seguintes resultados:

Abertura da malha

(mm)

Material retido no peneiro (g)

Brita 1 Brita 2 Areia

38,125,4 337,019,1 671,812,7 2135,4 112,19,52 1627,2 379,54,76 156,1 337,6 4,92,38 67,6 117,5 16,51,19 4,9 32,4 27,70,595 18,1 96,50,297 2,8 44,90,149 7,60,075 1,9

5000 1000 200

a) Determine o módulo de finura da brita 1.

b) Faça designação da classe do inerte brita 2.

c) Trace a curva granulométrica da areia.

d) Trace a curva granulométrica da mistura dos inertes nas seguintes proporções: 25% da brita

1, 40% da brita 2 e 35% da areia.

e) Determine o módulo de finura e designe a classe do inerte resultante da mistura de acordo

com a respetiva curva granulométrica.

Resolução do exercício

Tabela da análise granulométrica dos inertes:

Abertura da malha (mm)

% Retida em cada peneiro

% Acumulada em cada peneiro

% Que passa em cada peneiro

Brita 1

Brita 2

Areia

Brita 1

Brita 2

Areia

Brita 1

Brita 2 Areia

38,1 - - - - - - 100.00 - -

25,4 6.74 - - 6.74 - - 93.26 - -

19.1 13.44 - - 20.18 - - 79.82 100.00 -

12,7 42.71 11.21 - 62.88 11.21 - 37.12 88.79 -

9,52 32.54 37.95 - 95.43 49.16 - 4.57 50.84 100.0

0

4,76 3.12 33.76 2.45 98.55 82.92 2.45 1.45 17.08 97.55

2,38 1.35 11.75 8.25 99.90 94.67 10.7 0.10 5.33 89.30

1,19 0.10 3.24 13.85

100.00 97.91 24.5

5 0.00 2.09 75.45

0,595 - 1.81 48.25 - 99.72 72.8 - 0.28 27.20

0,297 - 0.28 22.45 - 100 95.2

5 - 0.00 4.75

0,149 - - 3.8 - - 99.05 - - 0.95

0.075 - - 0.95 - - 100 - - 0.00

Abertura da malha (mm)

Brita 1

% Retida em cada peneiro

% Acumulada em cada peneiro

% Que passa em cada peneiro

38,1 - - 10025,4 6,74 6,74 93,2619,1 13,44 20,18 79,8212,7 42,71 62,88 37,129,52 32,54 95,43 4,574,76 3,12 98,55 1,45

2,38 1,35 99,9 0,11,19 0,1 100 00,595 - (100) -0,297 - (100) -0,149 - (100) -0,075 - - -

100 783,68

Abertura da malha (mm)

Brita 2

% Retida em cada peneiro

% Acumulada em cada peneiro

% Que passa em cada peneiro

38,1 - - -25,4 - - -19,1 - - 100,0012,7 11,21 11,21 88,799,52 37,95 49,16 50,844,76 33,76 82,92 17,082,38 11,75 94,67 5,331,19 3,24 97,91 2,090,595 1,81 99,72 0,280,297 0,28 100 0,000,149 - - -0,075 - - -

Abertura da malha (mm)

Areia

% Retida em cada peneiro

% Acumulada em cada peneiro

% Que passa em cada peneiro

38,1 - - -25,4 - - -19,1 - - -12,7 - - -9,52 - - 100,004,76 2,45 2,45 97,552,38 8,25 10,7 89,301,19 13,85 24,55 75,450,595 48,25 72,8 27,200,297 22,45 95,25 4,750,149 3,8 99,05 0,950,075 0,95 100 0,00

0 100

a) Determinação do módulo de finura da Brita 1:

mf= 20,18 + 95,43 + 98,55 + 99,9+100+3×100100

=714,06100

=7,14≃7

Resposta: A dimensão média ponderada corresponde ao 7º peneiro da série normal (abertura da malha igual a 9,52 mm),b) Designação da classe da brita 2: D/d = 19,1/1,19,

c) Traçado da curva granulométrica da areia:

010

2030

405060

7080

90100

Abertura da malha (mm)

% q

ue p

assa

em

cad

a pe

neiro

0.075 0.149 0.297 0.595 1.19 2.38 4.76 9.52 19.1 38.1 76.1

d) Tabela que nos dá a mistura (25% de Brita 1+ 40% de Brita 2 + 35% de Areia):

Abertura da malha (mm)

% Que passa em cada peneiro Mistura

(% que passa)

Mistura (% acumulada)Brita 1

(25%)Brita 2(40%)

Areia(35%)

38,1 100,00 100,00 100,00 100,00 0,0025,4 93,26 100,00 100,00 98,32 1,6919,1 79,82 100,00 100,00 94,96 5,0412,7 37,12 88,79 100,00 79,80 20,219,52 4,57 50,84 100,00 56,48 43,524,76 1,45 17,08 97,55 41,34 58,662,38 0,10 5,33 89,30 33,41 66,591,19 0,00 2,09 75,45 27,24 72,760,595 0,00 0,28 27,20 9,63 90,370,297 0,00 0,00 4,75 1,66 98,340,149 0,00 0,00 0,95 0,33 99,670,075 0,00 0,00 0,00 0,00 100,00

0102030405060708090

100

Abertura da malha (mm)

% q

ue p

assa

em

cad

a pe

neiro

12.7 25.40.075 0.149 0.297 0.595 1.19 2.38 4.76 9.52 19.1 38.1 76.1

Mistura que para (%) = (25*%Brita1)/100 + (40*%Brita2)/100 + (35*%Areia)/100

Traçado da curva granulométrica da mistura dos inertes:

e) Determinação do módulo de finura da mistura:

mfm=5 .04+43 . 52+58 .66+66 .59+72 .76+90 .37+98 .34+99 .67100

=534 . 95100

=5 . 34≃5

A dimensão média ponderada corresponde ao 5º peneiro da série normal (abertura de 2,38 mm),

Designação da classe da mistura: D/d = 19,1/0,297,