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MOPTC – LABORATÓRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL - PORTUGAL E 464-2005 D O C U M E N T A Ç Ã O N O R M A T I V A

E S P E C I F I C A Ç Ã O L N E C

CDU ISSN CI/SfB

Betões.

Metodologia prescritiva para a vida útil de projecto de 50 anos face às acções ambientais

Março 2005

Esta especificação anula e substitui a E 378 – 1993

Béton. Méthodologie prescriptive pour une vie utile

de projet de 50 années sous les actions environnementales

Concrete Prescriptive methodology for a design working

life of 50 years under the environmental exposure

Objet

Ce document établit l´aptitude des mélanges de ciment et d´additions et les prescriptions pour le béton avec une vie utile de 50 ans. L´aptitude du concept de la performance équivalente est aussi établie.

Scope

This document establishes the suitability of mixtures of cement and additions and the prescriptions for the concrete with a 50 years working life. The suitability of the equivalent performance concept is also established.

ÍNDICE pg.

1 – Objecto ....................................................... 1

2 – Referências normativas .............................. 1

3 – Aptidão dos cimentos, adições e misturas como constituintes do betão ...................... 2

4 – A degradação do betão e as classes de exposição ambiental .................................. 2

5 – Prescrições quanto à composição e classe de resistência do betão para considerar a durabilidade................................................

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6 – Combinações de classes de exposição ..... 6

7 – Enquadramento geral da estima do tempo de vida útil de projecto do betão armado face às acções ambientais.......................... 6

8 – Aptidão do conceito de desempenho equivalente dum betão ............................... 7

8.1 – Princípio ............................................... 7

8.2 – Materiais e composições ..................... 8

8.3 – Realização dos ensaios ....................... 8

8.4 – Análise dos resultados ........................ 8

8.5 – Relatório .............................................. 9

Anexo (Informativo): Misturas de cimentos e adições …………………………………………… 11

1- Objecto

A presente Especificação estabelece a aptidão dos ligantes hidráulicos – cimentos e misturas de cimentos e adições - como constituintes do betão, esclarece a selecção das classes de exposição com que na NP EN 206-1 foram organizadas as acções ambientais agressivas para o betão, dando outros exemplos além dos referidos naquela norma, e fixa as medidas prescritivas que permitem esperar que a vida útil dos betões nos ambientes correspondentes às diversas classes de exposição seja de 50 anos.

Esta Especificação estabelece ainda o enquadra-mento geral para estimar a vida útil de projecto das estruturas de betão e a aptidão do conceito de desempenho equivalente.

2 – Referências normativas

Nesta Especificação é feita referência aos seguintes documentos:

EN 1990:2002 – Eurocode 0 – Basis of structural design.

EN 1992-1-1:2004 – Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings

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NP EN 197-1:2001 – Cimento. Parte 1: Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes.

NP EN 206-1:2005 – Betão. Parte 1: Especifica-ção, desempenho, produção e conformidade.

NP EN 12350-1:2002 – Ensaios do betão fresco. Parte 1: Amostragem.

NP EN 12390-2:2003 – Ensaios do betão endurecido. Parte 2: Execução e cura dos provetes para ensaios de resistência mecânica.

NP EN 12390-3:2003 – Ensaios do betão endurecido. Parte 3: Resistência à compressão dos provetes de ensaio.

NP EN 12620:2004 – Agregados para betão.

NP ENV 13670-1:2005 – Execução de estruturas em betão. Parte 1: Regras gerais.

NP EN 450:1995 – Cinzas volantes para betão. Definições, exigências e controlo da qualidade.

NP 4220:1993 – Pozolanas para betão. Definições, especificações e verificação da conformidade.

Especificação LNEC E 375-1993 – Escória granulada de alto forno moída para betões. Características e verificação da conformidade.

Especificação LNEC E 377-1993 – Sílica de fumo para betões. Características e verificação da conformidade.

Especificação LNEC E 391-1993 – Betões. Determinação da resistência à carbonatação.

Especificação LNEC E 392-1993 – Betões. Determinação da permeabilidade ao oxigénio.

Especificação LNEC E 393-1993 – Betões. Determinação da absorção de água por capilaridade.

Especificação LNEC E 461-2004 – Betões. Metodologia para prevenir reacções expansivas internas.

Especificação LNEC E 462-2004 – Cimentos. Determinação da resistência dos cimentos ao ataque por sulfatos.

Especificação LNEC E 463-2004 – Betões. Determinação do coeficiente de difusão dos cloretos por ensaio de migração em regime não-estacionário.

Especificação LNEC E 465-2005 – Betões. Metodologia para estimar as propriedades de

desempenho do betão que permitem satisfazer a vida útil de projecto de estruturas de betão armado ou pré-esforçado face às acções ambientais XC ou XS.

Especificação LNEC E 466-2005 – Fíleres calcários para betão.

3 – Aptidão dos cimentos, adições e misturas como constituintes do betão

A aptidão geral dos cimentos para serem constituintes do betão está estabelecida na secção 5.1.2 da NP EN 206-1 para os cimentos correntes que satisfaçam a NP EN 197-1. Outros cimentos (p.e., cimentos correntes de baixo calor de hidratação, cimentos de baixo calor de hidratação e baixas resistências iniciais, cimentos de baixo calor de hidratação para grandes massas, ligantes rodoviários para estradas), terão a sua aptidão geral estabelecida se satisfizerem as respectivas normas europeias harmonizadas (ou as emendas à NP EN 197-1) que vierem a ser aprovadas.

A aptidão geral das adições como constituintes do betão está estabelecida na secção 5.1.6 da NP EN 206-1 para os fíleres que satisfizerem a NP EN 12620 e a Especificação LNEC E 466 e para as cinzas volantes siliciosas que satisfizerem a NP EN 450. Fica estabelecida para as sílicas de fumo que satisfizerem a Especificação LNEC E 377, para as pozolanas naturais ou calcinadas que satisfizerem a NP 4220 e para a escória granulada de alto forno moída que satisfizer a Especificação LNEC E 375. Estes documentos normativos devem ser substituídos pelas normas europeias harmonizadas quando vierem a ser aprovadas.

Tal como refere a NP EN 206-1 em 5.1.1, o facto da aptidão geral dum material para constituinte do betão estar estabelecida não implica aptidão em todas as situações e em todas as composições.

É o caso das situações relacionadas com a durabilidade e, nomeadamente, com a utilização de misturas, que são ligantes hidráulicos obtidos pela junção na betoneira de um cimento satisfazendo a NP EN 197-1 com adições satisfazendo os documentos normativos correspondentes atrás indicados.

A aptidão duma dada mistura para ser constituinte do betão fica estabelecida desde que sejam satis-feitas simultaneamente as seguintes condições:

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a) o cimento seja do tipo CEM I ou CEM II/A e da classe de resistência 42,5 ou superior;

b) as adições sejam do tipo I ou II;

c) a composição da mistura satisfaça os limites estabelecidos para a composição de um dos cimentos apresentados no Quadro 1 da NP EN 197-1 e constantes dos Quadros 6 a 9 desta Especificação (em Anexo apresenta-se o procedimento para o cálculo da composição de misturas, com exemplos informativos);

d) a proporção de sílica de fumo em relação ao clínquer (se ela existir na composição da mistura) seja igual ou inferior a 11%.

Os cimentos e as misturas constituem ligantes hidráulicos, que se designam apenas por ligantes.

4 – A degradação do betão e as classes de exposição ambiental

A deterioração do betão pode resultar das condições ambientais a que o betão está exposto, de reacções químicas expansivas internas (reacções álcalis-agregado e reacções sulfáticas) ou de outras acções, normalmente tratadas no cálculo estrutural (p.e., acções térmicas, fluência, retracções, desgaste).

Os mecanismos que conduzem a reacções expan-sivas internas no betão e a forma de as prevenir são objecto da Especificação LNEC E 461.

Quanto às acções ambientais, estão classificadas na NP EN 206-1 em 6 grupos, 3 relativos à deterioração do betão por corrosão das armaduras por acção do dióxido de carbono e dos cloretos provenientes da água de mar ou de outras origens (XC, XS e XD), 2 relativos à deterioração do próprio betão pelo gelo/degelo (XF) ou por ataque químico (XA) e 1 grupo (X0) para quando não há risco de corrosão de metais ou de ataque ao betão. Estes grupos (com excepção de X0) estão divididos em classes de exposição, que são apresentadas na NP EN 206-1 através da descrição sumária do ambiente e de exemplos informativos, com excepção das classes XA. Repete-se nos Quadros 1 a 5 esta organização, acrescentando mais exemplos informativos. Não se incluem as classes XF3 e XF4, por não serem aplicáveis em Portugal, e as classes XA por se manter sem qualquer alteração o estabelecido na NP EN 206-1. Sempre que na classe XA1 ou XA2 houver riscos de acumulação de sulfatos devido a ciclos de secagem e molhagem ou de absorção

capilar, devem satisfazer-se os requisitos da classe superior.

O ataque por bactérias, nomeadamente as anaeróbias que se encontram, p.e., nos esgotos e produzem ácidos sulfúrico e nítrico, é um ataque químico fortemente agressivo (classe XA3).

5 – Prescrições quanto à composição e classe de resistência do betão para considerar a durabilidade

Em substituição dos valores limites para a composição e resistência do betão indicados no Anexo F da NP EN 206-1 com carácter informativo, estabelecem-se nos Quadros 6 e 7, quando há risco de corrosão das armaduras, e nos Quadros 8 e 9, quando há gelo/degelo ou ataque químico, respectivamente, os valores da máxima razão água/cimento, da mínima dosagem de cimento e da mínima classe de resistência à compressão simples que o betão deve satisfazer em Portugal para que o seu tempo de vida útil, sob as acções ambientais da NP EN 206-1, seja cerca de 50 anos.

Não se considera a durabilidade na classe X0, para a qual se deverão aplicar as exigências estabelecidas no Quadro F.1 da NP EN 206-1, qualquer que seja o cimento.

Se na composição do betão for utilizada uma mistura com aptidão para constituinte do betão, os termos “dosagem de cimento” e “razão água/cimento” devem ser substituídos pelos termos “dosagem de ligante” e “razão água/ligante”, aplicando-se à mistura o estabelecido naqueles Quadros para o correspondente cimento.

Indicam-se em cada um destes Quadros os tipos de cimento que se podem utilizar, devendo ainda ser satisfeitos, no projecto e na execução da estrutura para garantir a durabilidade desta:

a) um recobrimento nominal das armaduras ordinárias no mínimo igual ao indicado nos Quadros 6 e 7. Poderão vir a ser usados valores inferiores, sem alterar as exigências de composição e de resistência do betão, em conformidade com o que ficar estabelecido nas secções 4.4.1.2(7), 4.4.1.2(8) e 4.4.1.3(3) do Anexo Nacional da NP EN 1992-1-1, quando esta for publicada e tornada regulamentar.

Para as armaduras de pré-esforço, aqueles valores devem ser aumentados de 10 mm.

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Quadro 1 – Sem risco de corrosão ou ataque Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

Para betão sem armaduras: Todas as exposições, excepto ao gelo/degelo, abrasão ou ao ataque químico

Betão enterrado em solo não agressivo. Betão permanentemente submerso em água não agressiva. Betão com ciclos de molhagem/secagem não sujeito a abrasão, gelo/degelo ou ataque químico.

X0

Para betão armado: muito seco

Betão armado em ambiente muito seco. Betão no interior de edifícios com muito baixa humidade do ar.

Quadro 2 – Corrosão induzida por carbonatação Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XC1 Seco ou permanentemente húmido

Betão armado no interior de edifícios ou estruturas, com excepção das áreas com humidade elevada. Betão armado permanentemente submerso em água não agressiva.

XC2 Húmido, raramente seco Betão armado enterrado em solo não agressivo. Betão armado sujeito a longos períodos de contacto com água não agressiva.

XC3 Moderadamente húmido Superfícies exteriores de betão armado protegidas da chuva transportada pelo vento. Betão armado no interior de estruturas com moderada ou elevada humidade do ar (v.g., cozinhas, casas de banho).

XC4 Ciclicamente húmido e seco Betão armado exposto a ciclos de molhagem/secagem. Superfícies exteriores de betão armado expostas à chuva ou fora do âmbito da XC2

Quadro 3 – Corrosão induzida por cloretos não provenientes da água do mar Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XD1 Moderadamente húmido Betão armado em partes de pontes afastadas da acção directa dos sais descongelantes, mas expostas a cloretos transportados pelo ar.

XD2 Húmido, raramente seco Betão armado completamente imerso em água contendo cloretos; piscinas. XD3 Ciclicamente húmido e seco Betão armado directamente afectado pelos sais descongelantes ou pelos salpicos

de água contendo cloretos(1). Betão armado em que uma das superfícies está imersa em água contendo cloretos e a outra exposta ao ar (v.g., algumas piscinas ou partes delas). Lajes de parques de estacionamento de automóveis(2) e outros pavimentos expostos a sais contendo cloretos.

(1) No nosso país estas situações deverão ser consideradas na classe XD1; (2) Idem, se relevante.

Quadro 4 – Corrosão induzida por cloretos da água do mar Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XS1 Ar transportando sais marinhos mas sem contacto directo com água do mar

Betão armado em ambiente marítimo saturado de sais. Betão armado em áreas costeiras perto do mar, directamente exposto e a menos de 200 m do mar; esta distância pode ser aumentada até 1 km nas costas planas e foz de rios.

XS2 Submersão permanente Betão armado permanentemente submerso.

XS3 Zona de marés, de rebentação e de salpicos

Betão armado sujeito às marés ou aos salpicos, desde 10 m acima do nível superior das marés até 1 m abaixo do nível inferior das marés, nomeadamente na orla ocidental de Portugal continental, Açores e Madeira. Betão armado em que uma das superfícies está imersa em água do mar e a outra exposta ao ar (v.g., túneis submersos ou abertos em rocha ou solos permeáveis no mar ou em estuário de rios). Esta exposição exigirá muito provavelmente medidas de protecção suplementares.

Quadro 5 – Ataque pelo gelo/degelo Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos

XF1 Moderado número de ciclos de gelo/degelo, sem produtos descongelantes

Betão em superfícies verticais expostas à chuva e ao gelo. Betão em superfícies não verticais mas expostas à água, chuva ou gelo.

XF2 Moderado número de ciclos de gelo/degelo, com produtos descongelantes

Betão, tal como nas pontes, classificável como XF1, mas exposto aos sais descongelantes directa ou indirectamente.

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Quadro 6 – Limites da composição e da classe de resistência do betão sob acção do dióxido de carbono, para uma vida útil de 50 anos

Tipo de cimento CEM I (Referência); CEM II/A (1) CEM II/B(1); CEM III/A(2); CEM IV(2); CEM V/A(2)

Classe de exposição XC1 XC2 XC3 XC4 XC1 XC2 XC3 XC4

Mínimo recobrimento nominal (mm) 25 35 35 40 25 35 35 40

Máxima razão água/cimento 0,65 0,65 0,60 0,60 0,65 0,65 0,55 0,55

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) 240 240 280 280 260 260 300 300

Mínima classe de resistência

C25/30 LC25/28

C25/30 LC25/28

C30/37 LC30/33

C30/37 LC30/33

C25/30 LC25/28

C25/30 LC25/28

C30/37 LC30/33

C30/37 LC30/33

(1) Não aplicável aos cimentos II/A-T e II/A-W e aos cimentos II/B-T e II/B-W, respectivamente. (2) Não aplicável aos cimentos com percentagem inferior a 50% de clínquer portland, em massa.

Quadro 7 – Limites da composição e da classe de resistência do betão sob acção dos cloretos, para uma vida útil de 50 anos

Tipo de cimento CEM IV/A (Referência); CEM IV/B; CEM III/A; CEM III/B; CEM V; CEM II/B (1); CEM II/A-D CEM I; CEM II/A (1)

Classe de exposição XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3 XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3 Mínimo recobrimento nominal (mm) 45 50 55 45 50 55

Máxima razão água/cimento 0,55 0,55 0,45 0,45 0,45 0,40

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) 320 320 340 360 360 380

Mínima classe de resistência

C30/37 LC30/33

C30/37 LC30/33

C35/45 LC35/38

C40/50 LC40/44

C40/50 LC40/44

C50/60 LC50/55

(1) Não aplicável aos cimentos II-T, II-W, II/B-L e II/B-LL.

Quadro 8 – Limites da composição e da classe de resistência do betão sob acção do gelo/degelo, para uma vida útil de 50 anos

Tipo de cimento CEM I (Referência); CEM II/A (1) CEM II/B(1); CEM III/A(2); CEM IV(2); CEM V/A(2)

Classe de exposição XF1 XF2 XF1 XF2 Máxima razão água/cimento 0,60 0,55 0,55 0,50

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) 280 280 300 300

Mínima classe de resistência

C30/37 LC30/33

C30/37 LC30/33

C30/37 LC30/33

C30/37 LC30/33

Teor mínimo de ar (%) ______ 4,0 ______ 4,0 (1) Não aplicável aos cimentos II/A-T e II/A-W e aos cimentos II/B-T e II/B-W, respectivamente. (2) Não aplicável aos cimentos com percentagem inferior a 50% de clínquer portland, em massa.

Quadro 9 – Limites da composição e da classe de resistência à compressão do betão sob ataque químico, para uma vida útil de 50 anos

Tipo de cimento CEM IV/A (Referência); CEM IV/B; CEM III/A; CEM III/B; CEM V; CEM II/B (1); CEM II/A-D CEM I; CEM II/A (1)

Classe de exposição XA1 XA2 (2) XA3 (2) XA1 XA2 (2) XA3 (2) Máxima razão água/cimento 0,55 0,50 0,45 0,50 0,45 0,45

Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) 320 340 360 340 360 380

Mínima classe de resistência

C30/37 LC30/33

C35/45 LC35/38

C35/45 LC35/38

C35/45 LC35/38

C40/50 LC40/44

C40/50 LC40/44

(1) Não aplicável aos cimentos II-T, II-W, II/B-L e II/B-LL. (2) Quando a agressividade resultar da presença de sulfatos, os cimentos devem satisfazer os requisitos mencionados na secção 5,

nomeadamente no Quadro 10, aplicando-se ao betão as exigências estabelecidas neste quadro para o CEM IV.

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Os recobrimentos nominais das armaduras são os constantes do projecto e garantidos na execução das obras com espaçadores, para correcta colocação das armaduras na cofragem. Os recobrimentos indicados nos Quadros 6 e 7 resultam da soma dos valores de Cmin,dur da classe estrutural S4 (Quadro 4.4N da EN 1992-1-1), com o valor ∆Cdev = 10 mm estabelecido NP EN 13670-1.

b) os requisitos de colocação em obra, de compactação, de protecção e cura do betão e demais requisitos estabelecidos na NP ENV 13670-1.

As dosagens de cimento (ou da correspondente mistura), C, indicadas nestes Quadros respeitam a betões com máxima dimensão do agregado, Dmax , maior ou igual que 32 mm. Para betões com menores valores de Dmax, as dosagens devem ser as seguintes:

para 20 mm>Dmax ≥12,5 mm: C20 / 12,5 = 1,10 C

para 12,5 mm>Dmax > 4 mm : C12,5 / 4 = 1,23 C

Quando a agressividade química provier da acção dos sulfatos, presentes na água ou nos solos em contacto com o betão, a composição do clínquer dos cimentos ou das correspondentes misturas deve satisfazer os limites indicados no Quadro 10.

Quadro 10 – Composição do clínquer de cimentos resistentes aos sulfatos

Tipo de cimento CEM I (1) CEM II (2) CEM III,IV,V(3)

XA2 ≤ 5 % ≤ 8 % ≤ 10 % Teor de C3 A

XA3 ≤ 5 % ≤ 6 % ≤ 8 %

Teor de (C3 A+C4 AF) ≤ 20 % ≤ 25 %

(1) Aplicável também aos cimentos CEM II/A-L, II/A-LL e II/A-M

(2) Só aplicável aos cimentos CEM II/S, II/D, II/P e II/V (3) Só exigível aos cimentos CEM III/A, IV/A e V/A

Poder-se-ão utilizar cimentos (ou misturas) não respeitando estes valores se os cimentos (ou as misturas) satisfizerem o estabelecido na Especificação LNEC E 462 após a realização do ensaio de resistência aos sulfatos nela previsto.

Os cimentos portland não resistem a meios ácidos cujo pH seja inferior a 4, pelo que têm que ser protegidos, de forma durável, do contacto com estes meios.

Esta protecção deve também existir sempre que o teor de qualquer dos elementos agressivos referidos no Quadro 2 da NP EN 206-1 seja superior ao limite indicado para a classe XA3.

6 – Combinações de classes de exposição

A NP EN 206-1, na secção 4.1, estabelece que as condições ambientais às quais o betão está sujeito podem ter que ser expressas como uma combinação de classes de exposição e acrescenta que as diferentes superfícies de um elemento estrutural podem estar sujeitas a diferentes acções.

Neste sentido, deve ter-se em conta que:

- a classe X0 e, em geral, a classe XC1 se aplicam isoladas;

- a carbonatação é um processo comum a todas as estruturas de betão e os cloretos ou os ataques químico e por gelo/degelo são específicos de certos ambientes;

- na orla marítima (classes XS) o número de dias com temperaturas negativas (onde se poderiam aplicar as classes XF) é despiciendo, enquanto no interior, nomeadamente nas zonas com um total de 30 ou mais dias com temperaturas negativas, pode haver combinação das classes XF2 com a XD (embora esta classe seja pouco frequente em Portugal);

- o ataque químico ao betão de fundações, obras de suporte de terras ou pavimentos em contacto com solos dá-se em solos agressivos ou em águas agressivas com nível freático atingindo as fundações e ao betão de superestruturas de reservatórios ou condutas por acção de águas agressivas.

Assim, as combinações de classes de exposição mais frequentes são as do Quadro 11.

Quadro 11 – Combinações de classes de exposição

XD2 XS2 + ataque da água do mar (XA1) XF1

XC2 com:

XA1, XA2 ou XA3 XC3 ou XC4 XF1 com : XD1+ XF2 XS1 XD3 XS3+ ataque da água do mar (XA1) XC4 com: XA1, XA2 ou XA3

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Em cada combinação de classes de exposição ambiental devem ser satisfeitas, para o cimento (ou a correspondente mistura) a utilizar e como requisitos da combinação, os valores mais exigentes da mínima dosagem de cimento, da máxima razão água/cimento (e do teor de ar se for o caso) e da classe de resistência entre os valores de cada uma das classes de exposição ambiental da combinação. No caso do cimento não ser comum às diferentes classes de exposição prevalece aquele que satisfizer a classe com os requisitos mais exigentes.

7 – Enquadramento geral da estima do tempo de vida útil de projecto do betão armado face às acções ambientais

Os tempos de vida útil de projecto das estruturas de betão armado e pré-esforçado estão estabelecidos na EN 1990 em 5 categorias, três inferiores a 50 anos (10 anos para estruturas temporárias, 10 a 25 anos para partes substituíveis e 15 a 30 anos para estruturas para agricultura), 50 anos para estruturas de edifícios e outras estruturas semelhantes e 100 anos para estruturas de edifícios monumentais, pontes e outras estruturas importantes de engenharia civil.

No caso de exposição ambiental com risco de corrosão das armaduras, as prescrições estabelecidas nos Quadros 6 e 7 não permitem ter em conta a influência de diferentes recobrimentos, de outras composições de betão ou de tempos de vida útil de projecto diferentes de 50 anos, bem como, na classe XS1, da diminuição da acção agressiva com a distância à linha de costa e, na classe XS2, do aumento da acção agressiva com a profundidade, embora esta situação possa ser pouco frequente.

Assim, para ter em conta essa influência:

1) e para tempos de vida útil de projecto da ordem dos 50 anos, respeitando os recobrimentos estabelecidos nos Quadros 6 e 7, se:

a) utilizando os cimentos indicados nos Quadros 6 e 7 (ou as correspondentes misturas), se pretender aplicar uma composição não respeitando os limites indicados nestes Quadros,

ou

b) se pretender utilizar outros cimentos que não os indicados nos Quadros 6 e 7 (ou outras misturas),

deve recorrer-se ao conceito de desempenho equivalente do betão em relação à exposição ambiental em causa (XC ou XS) ou à que for mais desfavorável no caso de haver combinação. A aptidão deste conceito está estabelecida na secção 8 e está indicado nos Quadros 6 e 7 o cimento de referência para aplicação do conceito.

2) Ainda para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos, se :

a) os recobrimentos forem menores que os previstos na secção 5 desta Especificação, embora satisfazendo os regulamentos estruturais em vigor,

ou,

b) os recobrimentos forem maiores e se pretender aplicar uma composição não respeitando os limites indicados nos Quadros 6 e 7,

deve-se recorrer aos métodos de especificação do betão baseados no desempenho relacionado com a durabilidade que forem aplicáveis à exposição ambiental em causa (XC ou XS) ou à que for mais desfavorável no caso de haver combinação, seguindo nomeadamente a metodologia estabelecida na Especificação LNEC E 465. Na situação considerada na alínea a), poderá também vir a usar-se o que for estabelecido a nível nacional na NP EN 1992-1-1, logo que for regulamentar, relativamente à abordagem prevista na secção 4.4.1.2(5) - Quadro 4.3N, da EN 1992-1-1.

3) Para tempos de vida útil de projecto de 100 anos, deve seguir-se a metodologia indicada em 2).

8 – Aptidão do conceito de desempenho equivalente dum betão

A aptidão do conceito de desempenho equivalente dum betão em relação à resistência à carbonatação ou à penetração dos cloretos é estabelecida nas secções que se seguem, de acordo com a secção 5.2.5.3 da NP EN 206-1.

8.1 – Princípio

Sobre uma composição de referência que satisfaça as exigências limite de composição e de resistência mecânica estabelecidas nos Quadros 6 e 7 para a classe de exposição objecto do estudo de equivalência, e com o cimento de referência indicado para esta classe nestes Quadros, são determinadas as propriedades referidas no

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Quadro 12 para esta classe de exposição. Procede-se de igual modo com a composição de estudo, ou seja com a formulação cujo desempenho se pretende avaliar.

Quadro 12 – Propriedades, métodos e provetes de ensaio

Classe de exposição

Propriedades a determinar

Métodos de ensaio

Número e tipo de provetes (mm)

Carbonatação acelerada

LNEC E 391 1 provete 150x150x600

Permeabilidade ao oxigénio

LNEC E 392 3 provetes

φ 150; h= 50

XC1

XC2

XC3

XC4 Resistência à compressão

NP EN 12390-3

3 provetes de 150x150x150

Coef. de difusão dos cloretos

LNEC E 463 2 provetes φ 100; h= 50

Absorção capilar LNEC E 393 3 provetes

φ 150; h= 50

XS1/XD1

XS2/XD2

XS3/XD3

Resistência à compressão

NP EN 12390-3

3 provetes de 150x150x150

Os resultados obtidos na composição de referência são depois comparados com os correspondentes valores da composição de estudo e extraídas conclusões sobre a equivalência de comportamento das duas composições no que respeita à resistência à penetração do dióxido de carbono ou dos cloretos no betão.

Pode-se também concluir sobre a equivalência da dosagem do ligante específico e da razão A/C usadas na composição de estudo, relativamente ao correspondente par de valores usado para o betão de referência. Neste caso, e se os resultados concluírem sobre a equivalência da composição de estudo, o fabricante de betão fica autorizado a usar o novo valor mínimo da dosagem de ligante e o novo valor máximo da razão A/C como limites de composição para satisfazer as exigências da classe de exposição considerada, desde que os constituintes do ligante não se alterem, tanto no que se refere à sua origem como às suas características relevantes.

Como os provetes de betão são ensaiados em condições higrométricas normalizadas, não coincidentes, em geral, com as condições de humidade relativa implícitas nas classes de exposição, admite-se que a equivalência de comportamento das 2 composições se mantém em outras condições higrométricas.

8.2 – Materiais e composições

Os materiais a usar nas composições de referência e de estudo devem ter estabelecida a sua aptidão como constituintes do betão e ser fornecidos pelo fabricante de betão. Em particular, os agregados e as respectivas proporções devem ser iguais nas composições de referência e de estudo.

As composições de referência e de estudo são da responsabilidade do fabricante de betão, cabendo ao Laboratório de Ensaios verificar se a composição de referência satisfaz as exigências quanto à máxima razão água/cimento, mínima dosagem de cimento e mínima classe de resistência do betão expressas nos Quadros 6 e 7 no que respeita à classe de exposição ambiental considerada.

Em cada uma das composições de referência e de estudo, designadas por composições principais, o Laboratório fará variar de ± 5% a dosagem de ligante, mantendo a dosagem dos demais constituintes, com excepção do agregado mais fino, onde se fará o acerto da variação de volume do ligante. Estas composições são designadas secundárias, que assim podem também ser de referência ou de estudo.

8.3 – Realização dos ensaios

As amassaduras, o fabrico de provetes e a realização dos ensaios deverão ser efectuadas no LNEC ou em Laboratório acreditado para a preparação dos provetes e para a realização dos ensaios estabelecidos no Quadro 12. As eventuais correcções nas composições, para acerto da água de amassadura, deverão ser propostas pelo fabricante de betão. A consistência das amassaduras de referência e de estudo não deve diferir em média mais do que 1 cm, devendo ainda os valores individuais satisfazerem os limites da mesma classe de abaixamento.

Por cada amassadura serão colhidas amostras para a determinação das propriedades do Quadro 12; neste Quadro indicam-se também os métodos de ensaio e os provetes necessários para cada determinação.

No fabrico e conservação dos provetes, quer da formulação de referência quer da composição de estudo, seguir-se-á o estabelecido nas normas NP EN 12350-1 e NP EN 12390-2, com excepção dos provetes destinados aos ensaios de carbonatação acelerada, permeabilidade ao

9

oxigénio e absorção capilar, cuja cura, após 7 dias de idade, é feita como a seguir se indica:

- carbonatação acelerada: 7 dias a 20±2ºC sem trocas de humidade, seguidos de 14 dias a 20±2ºC e a 65±5 % de humidade relativa;

- permeabilidade ao oxigénio e absorção capilar: após secagem superficial com um pano, 3 dias de secagem a 50±2ºC em estufa ventilada, seguidos de 17 dias a 50±2ºC e 1 dia a 20±2ºC, sendo a conservação sem trocas de humidade nestes 18 dias.

As determinações devem ser iniciadas aos 28 dias de idade.

Os ensaios devem realizar-se no mínimo de três em três anos e sempre que ocorrerem alterações nos materiais constituintes do ligante ou nos demais componentes do betão de forma que não possam ser respeitados os valores mínimo da dosagem de ligante e máximo da razão A/C, da composição de estudo.

8.4 – Análise dos resultados Para cada propriedade determinada, deve ser calculada a média dos valores obtidos nos provetes de cada composição principal ou secundária, bem como a média global das diferentes composições de referência e das diferentes composições de estudo.

Cada propriedade das composições de estudo deve apresentar uma média global igual ou inferior à média global das composições de referência, com excepção da resistência à compressão, em que a média global das composições de estudo deve ser igual ou superior à média global das composições de referência.

Em simultâneo, entre cada composição de estudo, principal ou secundária, e a correspondente composição de referência devem verificar-se, quando aplicável, as seguintes relações:

Profundidade de carbonatação acelerada, PCA:

3,1≤referência

estudo

PCAPCA

Absorção capilar, AC:

31,ACAC

referência

estudo ≤

Permeabilidade ao oxigénio, K:

02,KK

referência

estudo ≤

Coeficiente de difusão dos cloretos, D:

02,DD

referência

estudo ≤

Resistência à compressão, fc:

11,ff

estudo,c

referência,c ≤

8.5 - Relatório No relatório final devem apresentar-se as composições ensaiadas, os ensaios realizados e os resultados obtidos.

A análise dos resultados deve concluir sobre equivalência do desempenho da composição de estudo relativamente à composição de referência.

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11

ANEXO (INFORMATIVO)

MISTURAS DE CIMENTOS E ADIÇÕES

1 – Verificação da composição de misturas

Considere-se uma mistura de massa D0, constituída por cimento e adições. Para a determinação da quantidade de ligante, DL, e da sua composição devem executar-se os seguintes passos:

A1. Determinam-se as dosagens, CSi, e as percentagens preliminares de cada um dos diferentes componentes no total da mistura de massa D0. No cimento utilizado devem considerar-se os seus constituintes separadamente, admitindo a percentagem mínima de clínquer prevista na NP EN 197-1 ou a declarada pelo fabricante.

A2. Selecciona-se do Quadro 1 da NP EN 197-1 o cimento que se pretende equivaler, de modo a que os seus constituintes tenham correspondência na mistura considerada. Se a percentagem de cada um dos componentes da mistura satisfizer os limites de composição do cimento seleccionado, toma-se como dosagem de ligante, DL, o valor de D0, considerando o ligante equivalente ao cimento seleccionado. Caso contrário, segue-se o estipulado na secção A3.

A3. Para cada componente i da mistura que faça parte dos constituintes principais do cimento seleccionado no ponto anterior, determina-se a quantidade de ligante máxima Dmáx_i e mínima Dmín_i, considerando os limites superior limsup_i e inferior liminf_i de cada constituinte no cimento seleccionado, conforme estipulado no Quadro 1 da NP EN 197-1. Assim, a partir das dosagens CSi dos componentes, determinadas na secção A1, estabelece-se um conjunto de n intervalos [Dmín_i, Dmáx_i], em que:

Dmáx_i = inf_i

i

lim CS

(1)

Dmín_i = sup_i

i

lim CS

(2)

A dosagem de ligante preliminar DLp será o menor de todos os Dmáx_i determinados pela equação (1).

Se DLp > D0 segue-se o estabelecido nas secções A4 e A6; se DLp < D0, deve verificar-se o estabelecido nas secções A5 e A6.

A4. Para cada componente i cujo Dmín_i seja superior a D0, será necessário considerar uma menor dosagem CSialt que verifique simultaneamente as seguintes condições:

++

= ∑

−

mistalt

n

iirestantesisup_alt CMCSiCSxlimCSi

1 (3)

05,0x95,0

CSiCSCM

alt

1n

iirestantes

mist

+

≤∑−

(4)

+

−≤ ∑

−

alt

n

iirestantesmist CSiCSDCM

1

0 (5)

Assim tem-se que CSialt é o menor valor das seguintes determinações:

isup_

1n

iirestantesisup_

alt lim95,0

CSxlimCSi

−=

∑−

(6)

0isup_alt DlimCSi ×= (7)

No caso de vários componentes a alterar obtém-se um intervalo de valores, para cada componente, que verifica a equação (3).

A5. Para cada componente i cujo Dmín_i seja superior a DLP, será necessário considerar uma menor dosagem CSialt de modo que tomando:

CSialt = limsup_i x DLP (8)

Se se verificar Palt

1n

iirestantes DLCSiCS ≥+

∑− (9)

então DL = DLP e não há lugar para componentes minoritários na mistura, CMmist, tendo-se:

−= ∑

−1n

iirestantesPalt CSDLCSi (10)

Se se verificar Palt

1n

iirestantes DLCSiCS <+

∑−

(11)

então há lugar para componentes minoritários na mistura, CMmist, de modo que:

05,0x95,0

CSiCSCM

alt

1n

iirestantes

mist

+

≤∑−

(12)

e Pmistalt

n

iirestantes DLCMCSiCS =++

∑−1

(13)

A6. A dosagem de ligante DL a considerar corresponde ao somatório de todos os componentes (principais e minoritários), seleccionados em A2 cujas quantidades foram determinadas nas secções A1 e, A4 ou A5:

mistalt

n

iirestantes CMCSiCSDL ++

= ∑

−1 (14)

12

Exemplos

Exemplo 1

Considere-se a seguinte mistura:

• 300 kg/m3 de cimento CEM II/A-L 42,5 R com 70 kg/m3 de cinzas volantes e 130 kg/m3 de escória granulada de alto forno. Tem-se D0 = 500 kg/m3.

A1. Os componentes da mistura e respectivos teores serão:

Clínquer – CSk = 0,80 x 300 = 240 kg/m3: 48,0% de D0 (considerou-se a dosagem mínima). Calcário – CSl = 0,20 x 300 = 60 kg/m3: 12,0% de D0. Componentes minoritários – CSm = considera-se que estão incluídos no calcário. Cinzas volantes – CSv = 70 kg/m3: 14,0% de D0. Escórias – CSs = 130 kg/m3: 26,0% de D0.

Esta mistura não corresponde a nenhum cimento do Quadro 1 da NP EN 197-1 pelo que a composição do ligante tem de ser recalculada.

A2. Selecciona-se o CEM V/A, tendo em conta que a mistura tem grande quantidade de cinzas e de escórias, excluindo assim o calcário.

A3. Para cada componente CSi_mist tem-se:

a. Clínquer - Dmáx_k = 240 / 0,40 = 600,0 kg/m3 Dmín_k = 240 / 0,64 = 375,0 kg/m3

b. Cinzas - Dmáx_v = 70 / 0,18 = 388,9 kg/m3 Dmín_v = 70 / 0,30 = 233,3 kg/m3

c. Escórias - Dmáx_s = 130 / 0,18 = 722,2 kg/m3 Dmín_s = 130 / 0,30 = 433,3 kg/m3

Tem-se que DLP = mín(Dmáx_i) = Dmáx_v = 388,9 kg/m3 < D0.

A4. Não se aplica.

A5. Verifica-se que para as escórias Dmín_s > DLp, ou seja a dosagem deste componente tem de ser alterada. Tomando o limite superior para as escórias e segundo (8) tem-se CSs_alt = 388,9 x 0,30 = 116,7 kg/m3. Como se verifica a condição (9) (240+70)+116,7 ≥ 388,9 kg/m3 tem-se que DL = DLP e não há lugar a componentes minoritários, tendo-se, segundo (10) que CSs_alt = 388,9 - (240+70) = 78,9 kg/m3.

A6. A dosagem do ligante a considerar como equivalente ao cimento CEM V/A é de 388,9 kg/m3, com a seguinte composição:

Clínquer – 240,0 kg/m3: 61,7%. Cinzas volantes – 70,0 kg/m3: 18,0%. Escórias – 78,9 kg/m3: 20,3%.

Assim, 111,1 kg/m3 da mistura inicial não puderam ser considerados como ligante.

Exemplo 2

Considere-se a seguinte mistura:

• 200 kg/m3 de cimento CEM I 42,5 R com 80 kg/m3 de cinzas volantes e 140 kg/m3 de escória granulada de alto forno. Tem-se D0 = 420 kg/m3.

A1. Os componentes da mistura e respectivos teores serão:

Clínquer – CSk = 0,95 x 200 = 190 kg/m3: 45,2% de D0. Componentes minoritários – CSm = 0,05 x 200 = 10 kg/m3: 2,4% de D0. Cinzas volantes – CSv = 80 kg/m3: 19,0% de D0. Escórias – CSs = 140 kg/m3: 33,3% de D0.

Esta mistura não corresponde a nenhum cimento do Quadro 1 da NP EN 197-1 pelo que a composição do ligante tem de ser recalculada.

A2. Selecciona-se o CEM V/A, tendo em conta que a mistura tem grande quantidade de cinzas e de escórias.

A3. Para cada componente CSi_mist tem-se:

a. Clínquer - Dmáx_k = 190 / 0,40 = 475,0 kg/m3 Dmín_k = 190 / 0,64 = 296,9 kg/m3 b. Cinzas - Dmáx_v = 80 / 0,18 = 444,4 kg/m3 Dmín_v = 80 / 0,30 = 266,7 kg/m3 c. Escórias - Dmáx_s = 140 / 0,18 = 777,8 kg/m3 Dmín_s = 140 / 0,30 = 466,7 kg/m3

Tem-se que DLP = mín(Dmáx_i) = Dmáx_v = 444,4 kg/m3 > D0.

A4. Verifica-se que para as escórias Dmín_s > D0, ou seja a dosagem deste componente tem de ser alterada. Assim, segundo (6) e (7) CSs_alt = mín [ 0,30*(190+80)/(0,95-0,30) ; 0,30*420] = mín[ 124,6 ; 126,0] = 124,6 kg/m3.

Por conseguinte a dosagem de componentes minoritários é o maior valor que verifique as condições (4) e (5), pelo que CMmist = 20,8 kg/m3.

A5. Não se aplica.

A6. A dosagem do ligante a considerar como equivalente ao cimento CEM V/A é de 415,4 kg/m3, com a seguinte composição:

Clínquer – 190,0 kg/m3: 45,7%. Cinzas volantes – 80,0 kg/m3: 19,3%. Escórias – 124,6 kg/m3: 30,0%. Componentes minoritários – 20,8 kg/m3: 5,0%.

Assim, 4,6 kg/m3 da mistura inicial não puderam ser considerados como ligante, considerando-se 10,8 kg/m3 das escórias como parte de componentes minoritários.

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2 – Formulação de misturas

Considere-se que se pretende formular uma mistura com massa D0.

Existindo inúmeras possibilidades para formular a composição duma mistura, apresenta-se o procedimento em que se limita à priori a quantidade de clínquer. Assim, devem executar-se os seguintes passos:

A1. Selecciona-se do Quadro 1 da NP EN 197-1 o cimento que se pretende equivaler.

A2. Selecciona-se a percentagem que se pretende na mistura, pKm, limitada ao intervalo previsto na NP EN 197-1 ou nesta especificação para o cimento a equivaler.

A3. Calcula-se a dosagem de clínquer, Dk, segundo

Dk = 0D100pKm

× (1)

A4. Determina-se a quantidade de cimento a utilizar, DC, conforme

Dc = Dcc + Dk (2)

onde DCC é a dosagem global dos restantes constituintes, incluindo os minoritários, do cimento a utilizar, admitindo a percentagem mínima de clínquer para esse cimento, pK, prevista na NP EN 197-1 ou a

declarada pelo fabricante, conforme a seguinte equação:

Dcc = kDpK

pK-100× (3)

A5. A dosagem total de adições a utilizar, Da, obtém-se pela diferença entre a massa da mistura D0 e a do cimento, Dc calculada por (3) na secção anterior.

Da = Do - Dc (4)

No entanto, se o cimento seleccionado em A1 não incluir um ou mais constituintes do cimento a utilizar, então deverá ser subtraído a Dc a quantidade correspondente a esses constituintes, a não ser que se pretenda considerá-los como minoritários, até 5% da mistura.

Caso se disponha de mais que uma adição, estas serão incorporadas na mistura em partes que respeitem os intervalos previstos na NP EN 197-1 para o cimento que se pretende equivaler.

Exemplo

Considere-se que se dispõe de um cimento CEM II/A-L e cinzas volantes para formular uma mistura para um betão exposto à classe ambiental XC2. Para esta classe a dosagem mínima de ligante exigida é de 260 kg/m3, considerando-se este valor como D0.

A1. Tendo em conta os materiais disponíveis, selecciona-se o CEM IV/B como o cimento que se pretende equivaler na formulação da mistura.

A2. Para o cálculo da dosagem de clínquer e considerando o mínimo exigido para aquela classe de exposição no Quadro 6 da presente Especificação selecciona-se um pKm = 50%.

A3. Assim, tem-se que a dosagem de clínquer na mistura será de 50*260/100 = 130 kg/m3.

A4. Considerando que o cimento CEM II/A-L contém 80% de clínquer, a dosagem de outros constituintes no cimento a utilizar será de:

3cc m/kg5,32130

8080-100D =×=

A quantidade de cimento CEM II/A-L a empregar na mistura será de Dc=162,5 kg/m3 conforme (2).

A5. A dosagem de cinzas volantes a utilizar terá que ter em consideração que no cimento equivalente CEM IV/B não existe calcário como constituinte

principal, pelo que em Dc não se pode incluir a totalidade deste material. Segundo (4) a máxima quantidade de cinzas volantes a incorporar na mistura seria:

Da = 260 - (162,5 - 32,5) = 130 kg/m3

Porém, como se pode considerar até 5% de constituintes minoritários é possível optar por uma menor dosagem de cinzas volantes, recorrendo a parte do calcário excluído:

CMmist = 260x0,05 = 13 kg/m3

Da = 260 - (162,5 - 32,5) - 13 = 117 kg/m3

Assim, a composição de 260 kg/m3 de ligante a considerar como equivalente ao cimento CEM IV/B poderia ser a seguinte:

CEM II/A-L – 162,5 kg/m3; com 130 kg/m3 de clínquer: 50%.

Componentes minoritários – 13,0 kg/m3: 5,0%. Cinzas volantes – 117,0 kg/m3: 45%.

ou, em alternativa, não considerando constituintes minoritários:

CEM II/A-L – 162,5 kg/m3; com 130 kg/m3 de clínquer: 50%.

Cinzas volantes – 130,0 kg/m3: 50%.

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Lista de símbolos

1 – Verificação da composição de misturasCMmist – Quantidade de componentes minoritários na

mistura CSi – Quantidade do componente i da mistura CSialt – Quantidade alterada do componente i da

mistura D0 – Massa da mistura inicial a verificar DL – Dosagem de ligante DLP – Dosagem preliminar de ligante

Dmáx_i – Quantidade de ligante máxima para o componente i considerando o liminf_i

Dmín_i – Quantidade de ligante mínima para o componente i considerando o limsup_i

liminf_i – Limite inferior admissível para o componente i no cimento ou no ligante equivalente

limsup_i – Limite superior admissível para o componente i no cimento ou no ligante equivalente

2 – Formulação de misturas D0 – Massa da mistura de ligante a formular Da – Dosagem total de adições a utilizar Dc – Dosagem de cimento a utilizar Dcc – Dosagem total de constituintes no cimento a

utilizar, para além do clínquer

Dk – Dosagem de clínquer no cimento ou na mistura pK – Percentagem de clínquer existente no cimento a

utilizar pKm – Percentagem de clínquer que se pretende na

mistura

ENTIDADES QUE COLABORARAM COM O LABORATÓRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL NA ELABORAÇÃO DESTA ESPECIFICAÇÃO: Organismo de Normalização Sectorial para os Cimentos e Betões: ATIC - Associação Técnica da Indústria de Cimento.