TEMA IV. Betão; noções básicas sobre composição e fabrico

No Tema I estudamos as propriedades essenciais do concreto, Seus tipos, vantagens e desvantagens, no presente tema vamos aprofundar na influência dos componentes do mesmo em seu comportamento como material de construção.

4.1. O Betão. Tipos, qualidades, classes e componentes

O betão é portanto uma mistura em proporções convenientes de cimento, areia, brita e água. Ou seja, o betão é uma argamassa em que aparece mais um material inerte de dimensões bastante superiores às da areia. Esta mistura tem a propriedade de fazer presa e endurecer com o decorrer do tempo.

Genericamente, o betão deve ter todas as qualidades indicadas para as argamassas. Contudo, podemos fazer sobressair duas: a resistência mecânica e a compacidade.

A estas deve-se acrescentar, ainda, a facilidade de moldagem, propriedade muito importante pois é uma das razões que faz deste material o mais utilizado no fabrico de estruturas (porque, praticamente, permite qualquer tipo de forma à peça e a permite fabricar em obra).

Por outro lado, o betão deve evitar a sua própria segregação, que é o fenómeno que consiste na separação dos inertes grossos devido às vibrações durante o transporte descarga e colocação em obra.

O antigo regulamento (Regulamento de Betões e Ligantes Hidráulicos – R.B.L.H.) indicava-nos

como um betão normal, aquele que seria composto de 300 Kg de cimento, 400 L.tos de areia, 800

L.tos de brita e 140 L.tos de água.

Este documento classificava os betões em “Tipos”, “Classes” e “Qualidades”, entendendo-se que permanece como fundamental o seu estudo cuidado, pois a simplicidade é uma forma de facilitar o entendimento e sistematizar conceitos e procedimentos.

4.1.1. Tipos de Betão

Eram designados dois tipos elementares de betão:

Tipo B - Betão que é caracterizado pela sua resistência mecânica.

Tipo BD - Betão que é caracterizado pela durabilidade em meios ambientes agressivos.

Poderia acontecer que um betão fosse, ao mesmo tempo do tipo B e BDQuadro 1 – Tipos e qualidades de betão

Tipo de Betão Qualidade mínima exigida

Betões B30 (B 4,5 F) ou superiores 1

Betões compreendidos entre B15 e B30 2

Betões B15 ou inferiores 3

4.1.2. Qualidades do Betão

As qualidades dos betões são definidas em função dos valores do desvio padrão ou do coeficiente de variação das distribuições estatísticas das tensões de ruptura por compressão ou por flexão aos 28 dias. As qualidades dos betões são determinadas por ensaios realizados sobre provetes cúbicos com 20cm de aresta ou sobre provetes cilíndricos com 15cm de diâmetro e 30cm de altura.A avaliação do resultado de tais ensaios conduz à definição das seguintes qualidades:

o Qualidade 1;o Qualidade 2;o Qualidade 3.

4.1.3. Classes de Betão

4.1 3.1. Betões do tipo BA classe de betão é designada pelo número que exprime o valor característico mínimo da sua tensão de rotura por compressão aos 28 dias, expresso em MPa. No caso de a classe ser definida por tensões de rotura por flexão, à designação da classe dever-se-á acrescentar a letra”F” a seguir ao número. As classes dos betões devem estar relacionadas com as “qualidades” que atrás foram referidas (Quadro1).

De acordo com o R.E.B.A.P. (Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré- Esforçadas), os betões a utilizar em estruturas de betão armado devem ser das classes B15, B20, B25, B30, B35, B40, B50, B55. (art. 12 a 20)

Os betões de Classe B15 só podem ser utilizados em estruturas de pequena importância; por outro lado tais betões podem ser dispensados de realização de estudo prévio de composição e de ensaios de recepção, desde que seja satisfeita a dosagem de cimento não inferior a 300Kg por m3 de betão.Não devem ser utilizados betões de classe inferior a B30 em elementos de Betão Pré- esforçado.

Conforme a Norma Comunitária ENV 206 (que substitui o R.B.L.H.), a classificação actual vem corrigida para a letra “C” (de “concrete” como betão em língua inglesa), acrescida do valor da resistência característica de rotura para provestes cilíndricos e cúbicos. Assim, a um B25 corresponde, agora, um C20/25.

4.1.3.2. Betões do tipo BD

Os betões BD vêm sempre associados ao betão B, sendo que o contrário não é verdade.O betão B pode ser utilizado quando não são necessárias as acrescidas propriedades atrás apresentadas para o betão BD.As classes de betões do tipo BD consideradas no RBLH são:

Classe 1: Betão que é caracterizado pela durabilidade quando em contacto com águas de elevada agressividade química.

Classe 2: Betão que é caracterizado pela durabilidade quando em contacto com águas de moderada agressividade química.

Classe 3: Betão que é caracterizado pela durabilidade quando exposto a ambientes em que a temperatura pode atingir com frequência valores inferiores a 5ºC

Observação: A agressividade química das águas em contacto com o betão está definida no quadro III do R.B.L.H.

Resumindo, um Betão é, em geral, designado por uma sigla formada pela sucessão dos indicativos do Tipo, da Classe e da Qualidade.Ex: B35.1 – Betão do tipo B, da classe 35 e da qualidade 1.

4.1.4. Componentes do Betão

4.1.4.1. Ligantes

Os ligantes a utilizar devem ser escolhidos em função do tipo e classe do betão a fabricar, de acordo com o quadro V do R.B.L.H (ou, mais recentemente, pela ENV 206).Em estruturas de betão armado e de acordo com o R.E.B.A.P., o ligante a utilizar em betões do tipo B deve, em geral ser o cimento Portland normal.

Em betonagens de grandes massas (peças c/ dimensões superiores a 1,5 m) usam-se ligantes que produzam baixo calor de hidratação, tais como cimento de alto forno 60/80 e o cimento Pozolânico.Nos betões do tipo B não é autorizado o emprego de cimento natural, cais e pozolanas porquanto estes não asseguram a resistência dos betões dada a grande dispersão de propriedades daqueles ligantes.

4.1.4.2. Agregados

O uso de apenas pasta de cimento (cimento e água) endurecida como material de construção, seria possível devido à sua resistência, mas com as seguintes duas grandes desvantagens:

Instabilidade dimensional (fluência elevada e retracção elevada); Custo elevado (o cimento é um material caro – cerca de 5€ por saco de 50 kg (2004), pois a

sua produção envolve consumos elevados de energia).

Estas desvantagens podem ser ultrapassadas, o, pelo menos minimizadas, acrescentando agregados à pasta de cimento isto é, usando BETÃO.

O objectivo deve ser o uso da maior quantidade possível de agregados tal que as suas partículas sejam aglomeradas pela pasta de cimento, ou seja, deve ser utilizado o agregado com partículas da maior dimensão possível compatível com as condições da obra.Isto, dito desta maneira simplista pode ser enganador, pois que temos que considerar a necessidade de uma granulometria heterogénea.

Na verdade, os agregados (também designados por inertes) tem que ter várias dimensões para que, encaixando-se uns nos outros, possam preencher os vazios que uma só granulometria provocaria.Assim, desde a areia fina ao agregado mais grosso (brita de maiores dimensões), deve-se seleccionar a melhor, ou mesmo a óptima, proporção entre os agregados disponíveis para o fabrico de determinado betão. Isto de modo a minimizar o conteúdo em vazios, na mistura de agregados, como também a quantidade de pasta de cimento necessária.

Assim, a mistura de agregados deve ter a maior compacidade possível o que, em geral, conduz a um volume de 70 a 80% do volume total do betão.

O agregado é constituído por partículas, sobretudo de rochas, ou por partículas provenientes de depósitos arenosos, por partículas artificiais especificamente fabricadas para o emprego em betão, ou, ainda, por partículas obtidas reciclagem de determinados materiais.

A sua dimensão que varia, geralmente, entre cerca de 0,1 mm e 30 cm e estão dispersas pela pasta de cimento, sendo necessário tomar em conta que as características do agregado afectam profundamente o comportamento do betão. Será bom salientar, que o valor de 30cm refere-se já a tipos de betões especiais, como o ciclópico, a que nos referiremos a seu tempo, pois que para betões correntes o valor comum máximo anda na casa dos 20 a 25 mm..

Como se disse, também se usa entre nós o termo “inerte”, mas as partículas de rochas que constitui não são realmente inactivas, na medida em que as suas propriedades físicas, térmicas e, por vezes, químicas afectam o desempenho do betão com elas fabricadas (Neville, 1995). Isto é, as partículas de agregado podem em certas condições reagir com a matriz cimentícia do betão (bertolini et Pedefferi, 1995). Aliás, na versão portuguesa da Norma Europeia ENV 206 (1990), “Betão, comportamento, produção, colocação e critérios de conformidade” – NP ENV 206 (1993), ainda é utilizado o termo inerte em vez de agregado que é definido como sendo:

“Material constituído por substâncias naturais ou artificiais, britadas ou não, com partículas de tamanho e forma adequados para o fabrico de betão.”

As propriedades mais importantes exigidas a um agregado para produzir o betão são de natureza geométrica, física e química que se apresentam:

1. Adequada forma e dimensões proporcionadas (granulometria), segundo determinadas regras;2. Adequada resistência mecânica;3. Adequadas propriedades térmicas;4. Adequadas propriedades químicas relativamente ao ligante e ás acções exteriores;5. Isenção de substâncias prejudiciais.

A melhor informação que se pode obter sobre a qualidade de um agregado é a observação do comportamento do betão produzido com esse agregado e, em última análise ou caso de dúvida, os agregados devem ser julgados a partir das propriedades do betão que com eles se confecciona e não exclusivamente a partir de resultados de diversos ensaios que dão indicações sobre a qualidade do

agregado, permitindo apenas prever o seu comportamento no betão.

De facto, se um dado agregado submetido aos diversos ensaios apresenta todas as propriedades adequadas, então é sempre possível produzir um betão de qualidade com esse agregado.

É de referir que se tem verificado que um agregado aparentemente inadequado relativamente a uma ou outra propriedade poderá conduzir a um betão de boa qualidade. Por exemplo, o agregado proveniente de uma rocha que resiste mal a ciclos de gelo e degelo (rocha geladiça) poderá ter um comportamento satisfatório no betão, sobretudo se as partículas desse agregado estiverem bem envolvidas por pasta de cimento hidratada de baixa permeabilidade.

4.1.4.2.1. Classificação dos agregados

Os agregados podem ser de origem natural, como os agregados naturais (por exemplo as areias, os godos) ou os agregados obtidos por britagem de materiais naturais (por exemplo as britas, areias britadas). Existem também agregados artificiais que são obtidos industrialmente com vista à produção do betão com determinadas propriedades, por exemplo a argila ou xisto expandidos (betão leve).

Outros constituintes empreguem no fabrico de betões são subprodutos industriais, tais como as cinzas volantes, obtidas por combustão do carvão nas centrais térmicas, as escórias de alto forno, subproduto do fabrico do aço, subprodutos da indústria corticeira e ainda outros produtos como poliestireno expandido (usado em betão leve de enchimento, como para cobrimento de infra-estruturas em pavimentos, ou camadas de forma para inclinação de coberturas horizontais1).

Mais recentemente tem-se utilizado agregados obtidos por reciclagem de materiais, como materiais obtidos por trituração de betão endurecido, como escombros de betão armado ou betão em massa.

No Quadro 2 apresentam-se algumas características físicas e mecânicas das rochas mais utilizadas como agregados em betão.

Quadro 2 – Características físicas e mecânicas das rochas mais utilizadas como agregados em betão(adaptado de Bertolini e Pedefferi, 1995)

RochaDensidadeAparente

PorosidadeAparente

ResistênciaàCompressão

Modulo deElasticidade

Resistênciaà abrasão

g (cm3)-1 % Volume MPa GPa *

Rochas IgniasGranito e sienitoDiorito e gabroPórfiro ácidoBasaltoPedra-pomesTufo vulcânico

2.6-2.82.8-3.02.6-2.82.9-3.00.5-1.11.1-1.8

0.4-1.40.5-1.50.4-1.50.3-0.725-6025-50

160-240170-300180-300200-400

5-20-

50-6080-10050-70

90-12010-30

-

11-1.51-1.51-2--

Rochassedi m entares Calcário MoleCalcário compactoDolomiteTravertino

1.7-2.62.7-2.92.3-2.82.4-2.5

0.5-2.50.5-20.5-24-10

20-9080-19020-60

-

30-6040-7020-50

-

4-94-87-12

-

Rochasm e ta m ó r f ica s GneisseXisto metamórficoMármoreQuartzito

2.6-3.02.7-2.82.7-2.82.6-2.7

0.3-21.4-1.80.5-2

0.2-0.6

160-28090-100100-180150-300

30-4020-6040-7050-70

1-24-84-81-5

1 É claro que neste caso podemos ter alguns problemas de designar esta mistura por betão, dado a classificação de argamassa também ser justificada.

Já a classificação dos minerais constituintes das rochas poderá dar indicações sobre as propriedades do agregado, mas não permite prever o seu comportamento no betão pois a presença de dado mineral no agregado pode não ser sempre desejável e apenas existem alguns minerais que, decididamente, são sempre indesejáveis tais como:

Sulforeto, gesso, anidrite; Óxidos de ferro; Minerais argilosos.

Os minerais que não causam problemas são a calcite e os minerais siliciosos (excluindo os feldspatos alterados ou em vias de alteração).

Os agregados são também classificados de acordo com a massa volúmica. Conforme a massa volúmica ( γ ) do agregado a classificação é feita da seguinte forma:

- Agregados leves ............................................................................ < 2000 kg/m3

- Agregados normais .............................................................. 2000 a 3000 kg/m3

- Agregados pesados ....................................................................... > 3000 kg/m3

Nota: Massa volúmica, γ, é a massa por unidade de volume real do agregado.

Os gregados mais utilizados são de massa volúmica normal: Areias em geral; Os obtidos de rochas ígneas, tais como os granitos ou basaltos; De rochas sedimentares mais resistentes, tais como arenitos e calcários.

Os betões obtidos com estes agregados, para razões de água/ligante usuais, terão massas volúmicas semelhantes dependendo da composição de cada um (2250 a 2450 kg/m3) e correspondem a betões comuns.

No caso dos agregados leves, estes são usados para fabrico do betão leve com o fim de diminuir o peso próprio em determinadas estruturas e com a vantagem de permitir um melhor isolamento térmico relativamente a um betão comum.

A maior desvantagem da utilização de agregados leves é conduzirem a betões de menor resistência.

A qualidade e propriedades de cada agregado leve são muito variáveis, pelo que tem como efeito relações diferentes de resistência com a massa volúmica, como se observa na figura 4.

cinzas volantes sintetizadas

Xisto expandido

40

30

20 Argila expandida

10 Escórias expandidas Pedra-pomes

500 1000 1500 2000

M assa volúmica (Kg/m³)Fig.4 – Variação da resistência à compressão de betões em função da massa volúmica de agregados

leves (adaptado de Construction Materrials, 1994).

No caso dos agregados pesados, estes utilizam-se quando é necessário recorrer a betão de massa volúmica elevada, por exemplo para protecção de radiações. Como agregados pesados cite-se, por exemplo, os obtidos da barite (sulfato de bário), magnetite ou escórias, com os quais é possível produzir betões de massa volúmica na gama dos 3500 a 4500kg/m3.

A baridade ( δ ) de um agregado é definida como a massa por unidade de volume do agregado contida num recipiente, isto é, o volume inclui os espaços entre as partículas do agregado e entre as partículas e o recipiente (é um volume "aparente" maior que o volume real que as partículas ocupam).

É evidente que o intervalo granulométrico que compõe o agregado, a forma das partículas e o seu arranjo no recipiente (compacidade) contribuem para o valor da baridade. A sua classificação segundo a baridade é equivalente à classificação segundo a massa volúmica, como se verifica no Quadro 3.

Quadro 3 – Classificação do agregado quanto à baridade e principais aplicações do betão com fabricado(adaptado e actualizado de Coutinho, 1988).

Classificaçãodo agregado

Baridade [ϭ]

Kg/m3Exemplos de agregados Aplicação e designação do betão

Ultraleve <300 Polistireno expandidoPolistireno expandido peletizado (d =4-5mm)VermiculitePerlite expandidaVidro expandido

Com funções estritamente deisolamento térmico e sem funções deresistência

Leve 300 a 1200 Argila expandida (d = 5-20 mm)Xisto expandidoEscória de alto forno expandidaCinzas volantes sintetizadasPedra-pomesGranulado de cortiça (d = 5-20 mm)Granulado de cortiça com banho decalda de cimento (d =5-20)

Com funções de isolamento térmico,com funções de resistência (betãoestrutural) e diminuição do pesopróprio

Denso(normal)

1200 a 16001200 a 14001300 a 1500

AreiaGodoRocha Britada

Normal, com função de resistência(betão estrutural)

Extradenso >1700 LimoniteMagnetiteBarite

Com funções de protecção contra asradiações atómicas e com funçõesresistentes

Na classificação segundo o ponto de vista das dimensões, o agregado que fica retido no peneiro com malha de 5mm de abertura é designado por agregado grosso, que pode ser godo quando é de origem sedimentar, rolado (calhau ou seixo) ou por brita quando é partido artificialmente (britado). O agregado fino, com dimensões inferiores a 5mm, é designado por areia, rolada quando natural de origem sedimentar e britada quando obtida por fractura artificial. A combinação mais usada no betão é a brita e a areia rolada.

# 5 mm

Areia britada Por britagem

Brita

Areia Agregado Grosso

Areia rolada Natural Godo

# < 5 mm # 5 mm # > 5 mm Abertura da malha (#)

Os agregados, de acordo com a sua granulometria, podem ser:

Tipos de Inertes

Pequenas dimensões (Ø 5 mm) Graúdos (Ø > 5 mm)

Areias (0.1 mm < Ø 5 mm)

Filler (Ø0.1 mm)Brita Godos

Finas (Ø 5 mm)

Grossas (2 mm < Ø 5 mm)

Médias (0.5 mm < Ø2 mm)

4.1.4.2.2. Propriedades dos agregados

Para além da massa volúmica dos agregados, que influência, como referido, a do betão, as propriedades dos agregados com maior repercussão no comportamento do betão fresco ou endurecido são:

Granulometria; Forma das partículas; Porosidade; Absorção; Elasticidade; Resistência mecânica; Características da superfície das partículas que afectam a aderência à pasta de cimento endurecida.

É importante que o betão fresco seja trabalhável, isto é, possa ser rápida mas eficientemente amassado, para que se obtenha uma distribuição uniforme dos vários constituintes na mistura. Também e igualmente de grande importância, que o betão seja colocado, compactado e acabado sem demasiadas bolsas de ar ou água, nem outras cavidades.

Por outro lado, o betão fresco deve ser suficientemente coeso, para que a amassadura, colocação, compactação e acabamento decorram sem segregação dos constituintes, bem como qualquer exsudação de água.Os agregados tem a maior influência sobre a trabalhabilidade do betão segundo dois principais aspectos:

1. Modificação das propriedades reológicas, sobretudo relacionada com a granulometria e forma das partículas do agregado;

2. Influência do conteúdo de água lubrificante necessária para se obter a trabalhabilidade desejada, que é função das características das partículas assim como da capacidade de absorção destas (sendo certo que toda a água para além daquela estritamente necessária à hidratação do ligante do betão, vai reduzir à resistência final do mesmo, inexoravelmente).

A comprovação das características dos agregados faz-se através de ensaios, cujos resultados devem obedecer às condições expressas no quadro VI do R.B.L.H. ou à ENV 206.

Influência da composição granulométrica na resistência dos betões.

Numerosos ensaios têm posto em evidência a importância da proporção relativa dos vários tamanhos e da preparação da mistura granulométrica (Quadro 4).

Quadro 4 – Composição granulométrica dos materiais

Cimento Areia Pedra (brita) Resistência(MPa)

1 2 6 22,4

1 3 5 20,0

1 4 4 14,7

1 5 3 10,6

1 6 2 7,1

Este quadro resulta das experiências de Feret e mostra até que ponto vai aquela influência. Mas se é importante a composição granulometrica dos materiais, a proporção de água na relação água/cimento também o é.

A distribuição das partículas de um dado agregado segundo as dimensões dessas partículas é designada por granulometria e tem uma enorme influência sobre as propriedades do betão, particularmente no que se refere à compacidade e à trabalhabilidade (maior ou menor facilidade com que o betão é amassado, transportado, colocado, compactado e acabado e a menor ou maior

facilidade de segregação durante essas operações).

A composição granulométrica deverá ser tal que se obtenha a maior resistência, compacidade e economia de betão. Várias são as fórmulas ou métodos que permitem determinar a melhor granulometria.

Fundamentalmente tais métodos agrupam-se em dois tipos:

1. Granulometrias contínuas;2. Granulometrias descontínuas.

1. Granulometria Contínua

Se a granulometria é contínua (partículas distribuídas uniformemente por todas as dimensões da mais pequena à maior) e se as partículas tem uma forma adequada, é possível obter-se betão muito compacto e resistente para uma dosagem mínima de cimento, reduzindo o risco de segregação, paralelamente (Lea, 1998).

De facto variações de:

Dimensão máxima (D) do agregado; Razão entre agregado grosso e fino (areia); Conteúdos de finos influenciam a quantidade de água necessária e, portanto, a

trabalhabilidade.

Em geral, é a superfície específica (a razão entre a superfície total e o volume das partículas) de um agregado que determina a quantidade de água necessária para molhar e lubrificar a mistura (quanto maior a dimensão das partículas menor a superfície específica).

Realmente, para agregados de dimensão entre 150 microns e cerca de 40 milímetros, se a dimensão máxima do agregado aumenta será necessário menos água para a mesma trabalhabilidade (aumento da resistência do betão) ou, então, se mantivermos a quantidade de água, a trabalhabilidade será maior.

Para agregados de dimensão superior a cerca de 40 milímetros aquela relação simples não se traduz da mesma forma.

Estudos experimentais demonstram que o emprego de um agregado grosso com dimensão máxima maior reduz a resistência do betão, quando das mesmas quantidades dos restantes componentes. Esta redução é mais significativa em betões com razão água/cimento reduzida e para agregados de dimensão superior a cerca de 40mm (Figura 5).

Fig. 5 - O efeito de D-máxima dimensão do agregado grosso e da razão água/cimento na resistência do betão.(Construction Materials,1994)

50

a/c = 0.4 40

300.55

0.70 20

5 10 20 37.5 75 Dimensão máxima do gregado D

De facto, o agregado de maior dimensão, embora tenha uma superfície de aderência menor relativamente ao agregado mais pequeno, em betões com as mesmas quantidades dos restantes componentes, leva a que se forme uma zona de transição muito menos resistente, sendo este efeito ainda mais evidente em betões de baixa razão água/cimento (Construction Materials, 1994). Portanto, nestes casos, para uma dada razão água/cimento a resistência diminui com o aumento da dimensão máxima do agregado.

Para partículas finas, isto é, de dimensão inferior a 150 microns, em que a superfície específica é grande, não é necessário uma quantidade de água proporcionalmente grande, na medida em que estas partículas parecem exibir efeitos de lubrificação sem estarem completamente molhadas. A influência da granulometria e conteúdo de finos na trabalhabilidade, varia com a dosagem de cimento.

Em geral a influência da granulometria diminui com o aumento da dosagem de cimento, enquanto que o aumento de finos pode afectar a coesão da mistura, isto é, pode haver perigo de segregação (Lea, 1998).

Em relação à quantidade de agregado usado num betão, se esta for aumentada mantendo a razão água/ligante constante, então a resistência será ligeiramente superior (Figura 6).

Este efeito é considerado válido apenas se a quantidade de pasta é ainda suficiente para preencher os vazios do conjunto agregado grosso/fino, permitindo uma consolidação completado betão. Isto é, na prática, verifica-se um limite máximo da quantidade de agregado a utilizar no betão (Construction Materials, 1994).Fig.6 - O efeito da quantidade de agregado e da razão água/cimento na resistência do betão (Construction Materials, 1994).

80

50

40

30

10

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Razão a/c

Para este tipo de granulometria, pode-se recorrer ao Método de Füller e ao Método de Bolomey. Contudo, convém lembrar um conceito importante: o de curva granulométrica.

Curvas granulométricas

Chama-se curva granulométrica à linha contínua que une os pontos que representam o resultado da análise granulométrica, isto é, os pontos em que as abcissas correspondem às aberturas das malhas dos peneiros e as ordenadas dos passados acumulados.

As curvas granulométricas são fundamentais para apreciar rapidamente a granulometria do agregado e as deficiências que possa ter a nível de certas fracções granulométricas, por exemplo, a falta de partículas de dada dimensão. As curvas granulométricas são também um elemento de cálculo fundamental para certos métodos usados na composição de betão (métodos que permitem definir as quantidades dos componentes do betão). É também importante referir que é possivel obter a curva granulométrica de uma mistura de agregados diferentes a partir das curvas de cada um deles.

2. Granulometrias Descontínuas

No caso dos betões de granulometria descontínua, estes diferem dos anteriores por não conterem certas dimensões de grãos. Deste modo nas curvas granulométricas aparecem patamares compreendidos entre os diâmetros dos crivos. Estes betões são geralmente menos trabalháveis e por isso usam-se quando podem ser bem vibrados.

Em princípio uma granulometria idealmente descontínua deve ser constituída da seguinte forma:

1. Dispõe-se dum inerte de máxima dimensão d1 uniforme, isto é, composto de elementos apenas com esta dimensão. A este inerte chama-se elemento primário;

2. A dimensão do inerte secundário, d2, deve ser escolhido de tal modo que os seus elementos se ajustem dentro dos vazios deixados pelo inerte d1, sem que a distância entre os elementos primários seja aumentada;

3. Assim se procederá com o inerte terciário, prosseguindo-se até aos grânulos de cimento.

É com os betões descontínuos que se conseguem obter as mais altas resistências, pois conduzem a compacidade mais elevada e a maior economia. Isto, desde que o betão esteja correctamente doseado e com relações de descontinuidade bem escolhidas.

Apresentam-se a seguir algunsresultados de cargas de rotura obtidas com granulometrias contínuas e descontínuas (Quadro 6).

Quadro 6 – Cargas de rotura obtidas com granulometrias contínuas e descontínuas

Teor de cimento Granulometrias contínuas Granulometrias descontínuas

(Kg) 28 dias 84 dias 28 dias 84 dias155 178 Kg/cm2 211 Kg/cm2 210 Kg/cm2 268 Kg/cm2

180 267 Kg/cm2 326 Kg/cm2 273 Kg/cm2 346 Kg/cm2

210 314 Kg/cm2 361 Kg/cm2 302 Kg/cm2 384 Kg/cm2

255 374 Kg/cm2 428 Kg/cm2 381 Kg/cm2 433 Kg/cm2

Comparação de granulometrias

Dum modo geral os betões descontínuos são menos trabalháveis e, consequentemente, correm maior risco de segregarem do que os betões contínuos.

Os betões descontínuos com relações de descontinuidade bem estudadas e enérgicamente vibrados conduzem a compacidades elevadas. Porém, uma ligeira variação nas dimensões pode dar origem a quedas importantes nas resistências.

Conseguem-se com as composições contínuas betões de menor resistência, mas de mais fácil estudo e fabrico.

A escolha do tipo de granulometria depende ainda do material de que se dispõe. Sempre que se faça a exploração directa duma pedreira em que se façam várias operações de britagem é mais económico o uso de granulometrias contínuas, visto que se obtém toda a gama de diâmetros, desde o "filler" até à brita mais grossa.

Para a mesma facilidade de obtenção de inertes, os betões descontínuos são mais económicos pois permitem maiores resistências com a mesma quantidade de cimento.

O antigo R.B.L.H. não impunha uma determinada composição granulométrica para os inertes a utilizar. Assim os betões de qualidade 1 ou 2 deviam atender a estudos específicos, enquanto que para os betões de qualidade 3 não seria obrigatório o estudo da composição granulométrica.

4.1.4.3. Água

A água da amassadura não deve conter impurezas (materiais em suspensão, sais dissolvidos e matéria orgânica) em quantidades prejudiciais.

A água potável pode ser usada, sem reservas, no fabrico de betão. Na generalidade todas as águas potáveis podem ser utilizadas na amassadura de betões, sem preocupações. Quando apresentem turvação, sabor ou cheiro, então é necessário investigar.

A água da amassadura compreende três funções essenciais:

1) Hidratação do Cimento;2) Molhagem dos inertes;3) Definição da trabalhabilidade dos betões.

O excesso de água não é benéfico para o betão dado que, pode provocar enfraquecimento das ligações introduzidas pelo cimento, afectando a resistência do betão e a sua durabilidade.

Como factor expedito de relacionamento da água com a dosagem de cimento, temos o chamado factor Água/Cimento: A/C.

A influência da água nas propriedades do betão não depende contudo, apenas da quantidade, mas também da tipologia das substâncias em suspensão e em solução.

De um modo geral, visto o inerte e a água ser substâncias naturais, todas as impurezas a que se fez referência a propósito dos inertes, poderão estar contidas na água, onde, devido ao poder dissolvente desta, atingem concentrações mais elevadas.

— Substâncias em suspensão

As substâncias que normalmente se encontram em suspensão na água são o Silt (2 a 60 μm) e a argila (até 2 μm) que, podem afectar a compacidade e especialmente o crescimento cristalino dos produtos da hidratação do cimento.

A quantidade máxima admissível de substâncias em suspensão, segundo normas francesas, corresponde a 5 g/l.

— Substâncias em solução

A acção das substâncias dissolvidas afecta as resistências mecânicas e química do betão e das armaduras e pode ser classificada em três categorias:

1) Iões que alteram as reacções de hidratação com o cimento, isto é, a presa e endurecimento (Ex: Ca 2+, Mg2+, CO3

2-, CO3H-);2) Iões que podem levar a expansões a longo prazo, que põem em risco a estabilidade do sólido (Ex:

sulfatos SO42- e álcalis Na+, K+);

3) Iões capazes de promover a corrosão das armaduras (Ex: Cl-, S2-, NH4+ e NO3

-).

Em Portugal, o valor limite aceite para o teor de sais dissolvidos numa água potável é de 500 mg/l.

— Influências do pH, gases dissolvidos e substâncias orgânicas O pH das águas que se encontram na natureza não tem praticamente influência na amassadura do betão, pois, praticamente tais águas têm pH superior a 4 e o ácido e rapidamente neutralizado pelo contacto com o cimento.

Apenas, no caso de cimentos de escórias, um pH igual a 4 para a água da amassadura retardaria a presa e reduziria as tensões de rotura finais.

Quanto aos gases dissolvidos, a sua acção na água da amassadura pode dizer-se que é nula pois as quantidades são muito reduzidas.

As substâncias orgânicas podem retardar a presa do betão e fundamentalmente, reduzir as tensões de rotura, se, existirem em mais de 10% da massa do cimento.

— Águas residuais das indústrias

No caso de águas resultantes de processos industriais é, evidentemente, impossível dar a lista dos iões que nelas podem existir, dependendo da indústria, devendo-se analisar caso a caso.

— Água do marSumariamente, pode dizer-se que a água do mar se utiliza sem qualquer precaução no betão simples e só deverá usar-se quando A/C é menor ou igual a 0,7 no betão armado conservado permanentemente imerso, como nas obras marítimas, e não deve ser empregada no betão pré-esforçado.

No betão armado em estruturas ao ar livre não é recomendável a não ser em casos excepcionais de locais secos, em betão de muito boa qualidade, com dosagem de cimento elevada, bem compactado e não fissurado.

— Eflorescências

Os sais dissolvidos na água da amassadura, em particular no caso da água do mar, podem dar origem a eflorescências na superfície do betão ou das argamassas se as condições para a sua formação forem propícias.

A existência de uma certa humidade no interior do betão, e de um ritmo de evaporação adequado à superfície, faz com que os cloretos, sulfatos e carbonatos alcalinos e alcalino-terrosos possam cristalizar na superfície, formando as conhecidas eflorescências.

Apesar do aspecto desagradável, as mais das vezes são inofensivas, excepto quando se depositam exclusivamente nos poros superficiais do betão donde podem resultar expansões quando o fissuram ou quando tendam arrancar o revestimento superficial que o betão porventura possua.

Tem-se tentado incorporar vários aditivos no betão ou na argamassa mas, dificilmente se consegue evitar as eflorescências.

Exemplo de duas paredes sobre efeito de eflorescência em que, no primeiro há destacamento do revestimento superficial e no segundo um saída de sais esbranquiçados

— Condições que deve obedecer a água da amassadura

O teor tolerável de sais de uma água depende da quantidade de cimento com que ela vai ser misturada e por isso a concentração máxima iões que a água de amassadura pode conter é dada em percentagem da massa do cimento.

Para se passar do teor de sais de uma água, t, em g/l, para a percentagem de p em relação à quantidade de cimento, basta calcular a relação:

p%= t10

× AC

Onde: A – dosagem de água de betão, em l/m3

C – dosagem de cimento do betão, em Kg/m3

t – teor do ião na água de amassadura, em g/l p – percentagem do ião em relação à massa do cimento, %.

O que importa, no entanto, é limitar a quantidade de certos iões de que se conhecem com certo rigor os seus efeitos perniciosos ao betão e as armaduras.

Teores máximos de impurezas toleráveis na água de amassadura

ImpurezasTeores máximos admissíveis na água de amassadura, g/lSimples Armado Pré-esforçado

Resíduo de matérias em suspensão

5,0 2,0 2,0

Resíduo de matérias em

solução3,5 3,5 1,0

Limites das substâncias nocivas na água de amassadura

Iões derivados das substâncias dissolvidas

Limites, % do ião em relação a massa do cimento

Simples

Armado Pré-esforçado

Sulfatos (SO42-) 0.5 0.5 0.5

Sulfuretos (S2-) 0,2 0,2 0,0Cloretos (Cl-) - 1,3 0,0Álcalis (Na+

e K+) 0,6 0,6 0,6

No caso de se utilizar uma água suspeita, mesmo depois de satisfeitos todos ou quase todos o limites indicados, é sempre conveniente fazer ensaios comparativos do tempo de presa, da tensão de rotura e, se necessário, de variações volumétricas da pasta, argamassa, ou betão com a água em estudo e com água potável.

— Exemplos de Aplicação

1) Admita que numa análise química de água para amassadura de betão obtiveram-se os seguintes resultados dos iões: SO4

2- = 3,2 g/l e Cl- = 22,5 g/l. Sabendo que o m3 de betão era constituído por: 400 kg de Cimento, 600 kg de areia, 1200 kg de brita e 400 litros de água. Estará a água em condições para produzir betão para estruturas de betão armado?

2) Analise a possibilidade de usar a seguinte água do mar para fabricar betões: Cl - =1,898%, Br- = 0,006%, SO4

2- = 0,265%, Mg2+ = 0,127%, Ca2+ = 0,040%, Sr2+ = 0,001%, K+ = 0,038% e Na+ = 1,056%.

Iões derivados das substâncias dissolvidas

Limites, % do ião em relação a massa do cimento

Simples Armado Pré-esforçado

Sulfatos (SO42-) 0.5 0.5 0.5

Sulfuretos (S2-) 0,2 0,2 0,0

Cloretos (Cl-) - 1,3 0,0 Álcalis (Na+

e K+)  0,6  0,6 0,6 

0,32 % (SO4/cim) < 0,52,25 % (Cl/cim) > 1,3

2. Analise a possibilidade de usar a seguinte água do mar para fabricar betões: Cl- =1,898% (cloretos), Br- = 0,006% (bromo), SO4

2- = 0,265% (sulfatos), Mg2+ = 0,127% (magnesio), Ca2+ = 0,040% (calcio), Sr2+ = 0,001% (estroncio), K+ = 0,038% (potasio) e Na+ = 1,056% (sodio).

Iões derivados das substâncias dissolvidas

Limites, % do ião em relação a massa do cimento

Simples Armado Pré-esforçado

Sulfatos (SO42-)

0,265 0.5 0.5 0.5

Sulfuretos (S2-) 0,2 0,2 0,0

Cloretos (Cl-) 1,898

- 1,3 0,0

Álcalis (Na+ e K+)

0,038 + 1,0561,094

 0,6  0,6 0,6 

SO4 = 3,20 g/lCl = 22,5 g/lH2O = 400 ltCim = 400 kg

SO4 > 3,2g/l * (400 lt) => 1280 g em 400 lt => 1,28 kg em 400 ltCl > 22,5g/l * (400 lt) => 9000 g em 400 lt => 9,0 kg em 400lt

% SO4 = PSO4 / Pcim = (1,28 / 400) * 100 = 0,32 % (SO4/cim)% Cl = PCl / Pcim = (9 / 400) * 100 = 2,25 % (Cl/cim)

4.1.4. 4.Aditivos ou Adjuvantes

Como definição académica, e muito genérica:

“Pode-se definir como ADITIVO todo produto não indispensável à composição e finalidade do betão, que colocado na betoneira imediatamente antes ou durante a mistura do concreto, em quantidades geralmente pequenas e bem homogeneizadas, faz aparecer ou reforça certas características”.Designa-se por adjuvante a substância utilizada em percentagem inferior a 5 % da massa de cimento, adicionada durante a amassadura, aos componentes normais das argamassas e betões, com o fim de modificar certas propriedades destes materiais, quer no estado fluido, quer no estado sólido, quer ainda no momento da passagem dum estado a outro.Por outro lado, deveria chamar-se aditivo a toda a substância que se adiciona ao cimento, numa argamassa ou betão, em quantidade superior a 5 % da massa do cimento, ou, quando adicionada em quantidade inferior a esta, não tenha qualquer acção quer no estado fluido, quer no sólido, ou ainda na passagem do estado líquido ao estado sólido.

No Tema VI estudaremos estes componentes

4.2. Morteros ou argamassas

– Definição

Chama-se argamassa á mistura íntima e homogénea de um ou mais aglomerantes, agregados finos é água. Além dos componentes essenciais das argamassas, podem ser adicionados outros com o fim de conferir ou melhorar determinadas propriedades.

Para se obter uma boa argamassa é indispensável que todos os grãos do agregado estejam não só envolvidos pela pasta de cimento como a essa pasta adiram.

Na realidade, a pasta que se forma entre o aglomerante e a água é que liga os grãos do agregado entre si, a fim de formar um todo homogéneo.

É comum o uso de mais de um aglomerante, como no caso das composições de cal com adição de cimento ou gesso.

Logo haverá uma variedade bastante grande de composições possíveis, e essa gama ainda aumenta com as variações de proporções entre eles.

Podemos, então afirmar que as características de uma argamassa dependem da natureza e da proporção entre os componentes.

– Aglomerantes e agregados usuais

Os aglomerantes normalmente que utilizamos nas argamassas são:

Cal Cimento Portland Gesso

O agregado fino utilizado é a areia, em suas diversas formas.

Observação: tanto os aglomerados utilizados, assim como o agregado fino foram estudados no Temas III motivo pelo qual são dispensáveis referências.

– Classificações das argamassas

Dependendo do ponto de vista considerado, podemos apontar várias classificações para argamassa:

1. Classificação segundo o emprego;

Argamassas comuns (argamassas para rejuntamento nas alvenarias). Argamassas para revestimentos, argamassas para piso, argamassa para injecções). Argamassas refractárias (neste caso o agregado deve ser também refractário).

2. Classificação segundo o tipo de aglomerante;

Argamassas aéreas (cal aéreas, gesso) Argamassas hidráulicas (cal hidráulica, cimento) Argamassas mistas (com um aglomerante aéreo e um aglomerante hidráulico)

3. Classificação quanto ao número de elementos activos;

Simples – quando possuem apenas um elemento activo. Compostas – quando possuem mais de um elemento activo.

4. Classificação segundo a dosagem;

Pobres e Magras – quando o volume de aglomerante (ligante) é insuficiente para encher os vazios do agregado.

Cheia – quando os vazios do agregado são preenchidos exactamente pela pasta. Ricas ou gordas – quando há excesso de pasta

5. Classificação segundo a consistência

Secas. Plásticas. Fluidas.

A escolha de um determinado tipo de argamassa está condicionada às exigências da obra tais como: resistência mecânica, impermeabilidade, porosidade e estrutura.

– Propriedades das argamassas

Como há uma grande variedade de traços de argamassas, logicamente haverá também grandes diferenças nas propriedades. No entanto todas as argamassas apresentam aspecto em comum:

São moldáveis enquanto não secam Maior ou menos facilidade de manuseio Depois de certo tempo endurecem com maior ou menor resistência

As propriedades das argamassas são por consequência do aglomerante, do agregado, da proporção entre uns e outros e a qualidade da água. As principais propriedades que se exigem a uma argamassa são:

Resistência à compressão Impermeabilidade Aderência Compacidade Indecorponibilidade

Resistência à compressão – depende da dureza da areia, da qualidade do aglomerante, da composição granulometrica da areia, da qualidade da água de amassadora, da dosagem do aglomerante e do modo de fabricação da argamassa.

R28 = K

Em que: R28 – Kg /cm²·

C – Soma dos valores de grãos do aglomerante (ligante) na unidade de volume (em cm³)

A – Soma dos volumes de grãos de areia (em cm³)

K – Coeficiente cujo o valor é de 1500 para os cimentos Portland, 2220 para o cimento de

escórias, 2960 para o cimento aluminoso.

Obs: A resistência à compressão de uma argamassa depende do factor água/cimento. Para igual dosagem de cimento a resistência à compressão cresce quando a compacidade cresce também.

Impermeabilidade

O líquido pode penetrar nos vazios quer sob a influência de uma penssão quer por capilaridade.

Embora nenhuma argamassa seja rigorosamente impermeável, verifica-se quando se sujeita a um ensaio, que a permeabilidade muito grande no começo pode ir diminuindo pouco a pouco. Os vazios se vão calmatando quer por uma carbonatação de cal livre, quer por acção mecânica (introdução nos poros de imporezas de água e de materiais em suspensão).O método mais seguro para obter argamassas estanques é o que dá a máxima compacidade. Para tal incorporam-se nas argamassas diversos produtos que actuam mecanicamente ou quimicamente (diatomite, sulfato de barita e aluminato de barita).

Aderência – a aderência do aglutinante ás areas torna insdespensável que se tome em atenção, por enquanto a interposição de películas de coloides, de argilas ou mesmo alteração superficial dos grãos impedem o contacto real dos órgãos do agregado com elemento aglutinante.

Compacidade – a compacidade das argamassas é obtida à custa de uma boa granulometria das areias e de uma dosagem correcta do cimento.

A compacidade é assim uma das propriedades fundamentais das argamassas e mede-se pela percentagem do volume real dos materiais sólidos existentes na unidade de volume de uma argamassa.

C + A + a + V = 1

Em que:

C1-A

2

C – soma dos volumes dos grãos de cimento contidos na unidade de volume da argamassa.

A – Soma dos volumes de grão de areia

a – volume de água de amassadora

V – volume de vazios

Segundo estudos diferentes sobre compacidade, não há argamassas de compacidade igual a 1, porque a água e os vazios ocupam sempre pelo menos ¼ do volume aparente da argamassa.

Indecorponibilidade – as argamassas de cal resistem a elevadas temperaturas, servindo como protecção dos elementos construtivos de madeira, aço, betão, etc,.

– Preparação das argamassas (amassadora das argamassas)

A preparação das argamassas requer alguns cuidados que serão fáceis de se deduzir quando se conhecem as propriedades dos componentes e da massa em preparação.

Nunca se deve preparar argamassa directamente no chão. Quando se preparam as argamassas no chão, misturam-se materiais orgânicos, que as estragam (misturam-se gravetos, grãos de pedra, etc., a água é absorvida pelo solo, levando o leite de cal ou cimento, alterando o traço da argamassa.

Não se deve preparar directamente sobre pavimentação, principalmente de cerâmica, ladrilhos ou cimento afagado. A cal ou cimento penetram nos poros e é muito difícil retira-los.

O ideal é que as argamassas sejam preparadas em betoneiras, ou sobre estrados de madeira, chapa bem calafetados, para que não ocorra vazamento de água que leva sempre consigo o aglomerante.

A água deve ser sempre a mínima possível. O excesso de água enfraquece tanto a cal como o cimento. A água não pode ser empregue em excesso, senão demorará a secar e diminui a resistência da pasta. Se a água for usada em pequena quantidade, também tem os inconvenientes de não ligar os órgãos do agregado e aglomerantes, dando uma pasta ruim de trabalhar.

A água deve ser colocada em último lugar.

Deve-se cuidar para que os materiais fiquem bem misturados.

Deve-se exigir obediência ao traço estabelecido nas especificações.

Particularidades na Preparação das: argamassas de cal

O normal é que após a chegada da cal em obra, devemos queima-la para que a extinção seja completa, e se obtenha bom rendimento após 15-21 dias, a cal pode ser misturada com areia para formar argamassa.

É comum encontrar no mercado argamassas de cais prontas. Deve-se ter cuidado ao compra-las por causa da idade e traço exacto.

Na preparação da argamassa fina deve-se sempre peneirar tanto a cal como a areia.

No instante que se adiciona cimento a argamassa de cal, ela muda de estado. A argamassa deverá ser usada o mais rapidamente, quanto maior a proporção de cimento.

O procedimento normal em obra é que a mistura do cimento seja feito pelo pedreiro que vai utiliza-la, já no seu balde.

A argamassa de cal e cimento que começa a endurecer não deve ser usada

Argamassas de Cimento

A argamassa de cimento inicia a presa uma hora após a adição da água, ou, como a areia é considerada húmida, após a mistura com areia. Com base neste valor pode-se avaliar a preza das argamassas.

A argamassa de gessoNão se deve fazer argamassas de gesso em grandes quantidades, pois o gesso tem a presa muito rápida.– Traço

Chama-se traço a relação entre os diversos componentes, exceptuando-se a água. O traço pode ser dado em volume ou em peso, sendo mais comum o traço dado em volume e mais correcto o traço dado em peso.

O traço é dado por outra relação numérica, normalmente ao primeiro número correspondente a aglomerante, e esse primeiro número é usualmente 1.

Nestas condições, o traço 1:0 corresponde à pasta pura sem agregado.

A argamassa simples, de um só aglomerante, corresponde o traço genérico 1:n.

Para as argamassas com mais de um aglomerante adopta-se a ordem, para os aglomerantes, do mais caro para o mais barato. No entanto é mais usual, e porque mais de acordo com a preparação, apresenta-se para argamassa de cimento, cal e areia, o traço entre a cal e areia e a percentagem do cimento adicionado.

Por exemplo o traço 1:5 de cal e areia com adição de 10% de cimento. Isto significa que se fez argamassa com o volume de cal e cinco volumes iguais de areia, obtendo-se um volume resultante.

Depois então se acrescentou cimento na proporção de 10% do volume resultante.

É fácil transformar um traço dado em volume no seu equivalente em peso. Para tal temos que saber as densidades aparentes dos materiais.

Exemplo:

O traço 1:5 de cimento e areia que se deseja dar em peso.

Sejam 1,42 e 1,46 as densidades aparentes do cimento e areia.

Com estas densidades

1dm³ de cimento pesa 1x1,42 = 1,42 kg5dm³ de areia pesa 5x1,46 = 7,30 kg

1,42 7,30

Quer dizer que, para 1,42 kg de cimento se junta 7,30 kg de areia, e seria o traço 1,42:7,30. Mais como o primeiro índice do traço deve ser 1, divide-se tudo por 1,42 e obtemos

= = 5,15 traço em peso 1:5,15

Logo o traço em volume 1:5 é o mesmo que o traço em peso 1:5,15para aqueles materiais com aquelas densidades

1,421,42