Betão utilizado na construção do Estádio Nacional

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1 Adérito Jorge de Brito Martins Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Estudo do caso Universidade Jean Piaget de Cabo Verde Campus Universitário da Cidade da Praia Caixa Postal 775, Palmarejo Grande Cidade da Praia, Santiago Cabo Verde

2 Adérito Jorge de Brito Martins Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Estudo do caso Universidade Jean Piaget de Cabo Verde Campus Universitário da Cidade da Praia Caixa Postal 775, Palmarejo Grande Cidade da Praia, Santiago Cabo Verde

3 Adérito Jorge de Brito Martins, autor da monografia intitulada Estudo da composição do betão utilizado na construção do Estádio Nacional, declaro que, salvo fontes devidamente citadas e referidas, o presente documento é fruto do meu trabalho pessoal, individual e original. Cidade da Praia aos 29 de Dezembro de 2011 Adérito Jorge de Brito Martins Memória Monográfica apresentada à Universidade Jean Piaget de Cabo Verde como parte dos requisitos para a obtenção do grau de licenciatura em Engenharia de Construção Civil.

4 Resumo O presente trabalho, de carácter científico, insere-se no âmbito do trabalho de memória de licenciatura, que os estudantes da Universidade Jean Piaget de Cabo Verde, após concluído o plano curricular, devem cumprir com vista à obtenção do grau de licenciatura em Engenharia de Construção Civil. Em face disto, trabalharei o tema BETÃO UTILIZADO NA CONSTRUÇÃO DO ESTÁDIO NACIONAL, cujos propósitos previamente definidos levaram a escolha de uma metodologia que se enquadra uma investigação basicamente prática. Segundo Engº. Jorge Santos Pato, escrever ou falar sobre a temática do betão significa abordar uma matéria sobre a qual por mais que se saiba e estude, mais fica por investigar.

5 Abstract This document, from the scientific character is inserted with the scope on account for the award of degree of licentiate, which the students of university of Jean Piaget of Cape Verde must obtained after an extensive curriculum course in order to obtain a degree of licentiate in civil engineering construction. I am working, the theme concrete used in the construction of the national stadium, which definite previous purpose is to convey the mythological frame for basic investigative practice. Secondly Engº Jorge Santos Patos, wrote or spoke about related theme on concrete significante on framing a materia to which mare investigative knowledge is acquired in study.

6 Agradecimentos Em primeiro lugar agradeço a Deus que me deu vida, força e saúde para estar a produzir este documento. Agradeço a todos os meus colegas e camaradas e professores que ao longo desses tempos, trabalhamos incansavelmente juntos, rodeado de um único objectivo. Agradeço principalmente ao meu orientador, rendo aqui sincera homenagem e expresso a minha profunda gratidão por toda a atenção e cuidados com que me privilegiou na elaboração deste trabalho. Agradeço toda a equipa do laboratório nacional de engenharia civil de cabo verde, e em especial ao técnico Nilton, que incansavelmente deu-me toda a atenção. Aos meus familiares, agradeço pelo seu encorajamento constante, pela compreensão e pelas horas de convívio que lhes foram subtraídas. Agradeço a todos os que me apoiaram ao longo desta caminhada e a todos os que estão directamente ou indirectamente ligados a este trabalho de investigação.

7 Dedicatória Dedico este trabalho à minha filha, à mãe, aos meus irmãos, primos, tios e toda a minha família e em especial à minha namorada pelo grande amor, carinho, amizade e dedicação. Amo vocês

8 Conteúdo Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Introdução...8 Abordagem do tema... 8 Justificativa... 8 Objectivos... 9 Metodologia... 9 Estrutura do trabalho Limitações e dificuldades Capítulo 1: Betão como material de construção Generalidades Evolução do betão ao longo dos tempos Histórico do cimento Conceitos Propriedades fundamentais do betão Trabalhabilidade Resistência mecânica Durabilidade Componentes do betão Inertes Classificação dos inertes Caracterização e propriedades fundamentais dos inertes As características geométricas e granulométricas Características mecânicas Características químicas Cimento Classe de cimento Água na amassadura Classificação do betão Classes de resistência Capítulo 2: Caracterização geral da obra e do espaço onde ela se insere Discrição geral da obra Localização geografia da obra Características do meio onde a obra esta inserida Análise dos materiais componentes do betão Estudo dos inertes Ensaio granulométrico dos inertes Determinação da massa Volúmica da areia Determinação do peso específico, baridade e absorção da brita Ensaio de desgaste Los Angeles Estudo do cimento Determinação do peso específico do cimento Análise granulométrica resíduo de peneiração Ensaio de presa Ensaio de compressão e flexão Ensaio de expansibilidade Formulação da composição do betão /125

9 2.3.1 Método de Faury Fundamentação da escolha Técnica utilizada na produção e colocação do betão em obra Amassadura Transporte Colocação e compactação Análise do betão produzido em obra Ensaios realizados no betão fresco Ensaio de abaixamento Ensaio Vêbê Ensaio de compactabilidade Ensaio da mesa de espalhamento Ensaios realizados no betão endurecido Resistência à compressão dos provetes Ensaio esclerométrico Cura do betão Importância de uma cura Métodos de cura Durabilidade Considerações finais Bibliografia Apêndice A.1 Caracterização dos inertes A.1.1 Análise granulométrica A.1.2 Ensaio de desgaste Los Angeles A.1.3 Determinação de massas volúmicas e de absorção de águas de britas e godos A.1.4 Determinação de massas volúmicas da areia A.2 Propriedades da água na amassadura do betão A.2.1 Análise física e química da água A.3 Caracterização do cimento A.3.1 Determinação do peso específico A.3.2 Granulometria do cimento A.3.3 Ensaio de presa de amassadura A.3 Quadro resumo dos ensaios realizados no cimento B Composição e análise da resistência do betão B.1 Determinação da proporção para a mistura B.2 Resistência a compressão dos provetes B.3 Ensaio esclarométrico Anexos C Procedimentos de ensaios C.1 Análise granulométrica dos inertes C.2 Ensaio de desgaste Los Angeles C.3 Massa volúmica da areia C.4 Determinação do Massa Volumica e da Absorção de água em britas C.5 Ensaio de Abaixamento cone de Abrans C.6 Analise fisica e quimica da água na amassadura C.7 Determinação do peso específico do cimento /125

10 C.8 Determinação do resíduo de peneiração C.9 Análise de resistência Ensaio de compressão de provetes C.10 Ensaio esclerométrico /125

11 Tabelas Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Tabela 1 Valores dos parâmetros que dependem a trabalhabilidade Tabela 2 Classes de exposição relacionadas com as condições ambientais Tabela 3 - Classificação do inerte Tabela 4 - Classificação do inerte quanto à baridade Tabela 5 Características e limites que devem ter um inerte para betão Tabela 6 Classe de resistência do cimento Tabela 7 Características e exigências da água para amassadura de betões Tabela 8 - Classe de resistência do betão definida pelo REBAP Tabela 9 - Classes de resistência à compressão para betão de massa volúmica normal e para betão pesado Tabela 10 - Determinação da massa Volúmica Tabela 11 Ensaio do peso específico, baridade e absorção da brita Tabela 12 Composição granulométrica dos provetes Tabela 13 Desgaste Los Angeles Tabela 14 Determinação do peso específico Tabela 15 Determinação do resíduo de peneiração Tabela 16 Ensaio de determinação de presa da amassadura Tabela 17 Resumo do ensaio de presa da amassadura Tabela 18 Valores caracteristicos da tensao de rotura por classe de cimento Tabela 19 - Ensaio de expansibilidade Tabela 20 Resumo da composição do betão estudo em laboratório Tabela 21 Classes de abaixamento Tabela 22 Ensaio de rebentamentos de provetes Tabela 23 Valores tensão de rotura à compressão Tabela 24 Tempos mínimos de cura, em dias, para as classes de exposição 2 e 5a /125

12 Figuras Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Figura 1 Estruturas da bancada do lado oeste Figura 2 Imagem da cobertura da bancada (vista principal) Figura 3 Ilustração de uma junta de dilatação Figura 4 Localização geográfica do estádio nacional de Cabo Verde Figura 5 Serie de peneiros ASTM Figura 6 Recolha da amostra Figura 7 Amostra em estufa Figura 8 Amostra da areia Figura 9 Volumenómetro de Chapam Figura 10 Maquina de ensaio de Los Angeles Figura 12 - Armazenamento de Cimento a granel ou Silo Figura 13 amostra de cimento utilizado para ensaio Figura 11 Camião de colocação do cimento no silo Figura 14 Densímetro (volumenómetro) de Chatelier Figura 15 Ilustrações das etapas para a determinação do peso específico do cimento Figura 16 Amostra de cimento seca em estufa Figura 17 Peneiração do cimento Figura 18 - Aparelho de Vicat para a determinação da consistência da pasta normal e do tempo de presa Figura 19 Ensaio de Flexão Figura 20 Molde de Châtelier Figura 21 - Equipamentos utilizados na produção do betão misturadoras semi-automáticas Figura 22 Balde da misturadora, colocação dos componentes do betão Figura 23 Ilustração da área a betonar e a respectiva localização das misturadoras Figura 25 Carinho de mão Figura 24 - Dumper Figura 26 - Grua móvel Figura 27 - Elevador Figura 28 Equipamentos de transporte Figura 29 Ilustração do lançamento do betão em obra Figura 32 Agulha do vibrador Figura 30- Compactação do betão numa viga alta utilizando vibrador Figura 31 Compactação do betão na bancada utilizando vibrador Figura 33 - Equipamento para o ensaio de abaixamento, cone de Abrans Figura 34 Ensaio de consistência (cone de Abrans) Figura 35 - Equipamento de ensaio Vêbê Figura 36 - Equipamento de mesa de espalhamento Figura 37 Rotura do provete Figura 38 Pesagem do provete Figura 39 Esclerómetro manual Figura 40 - Esclerómetro digital Figura 41 Graduação do esclerómetro manual Figura 42 Ensaio esclerométrico num pilar Figura 43 Apresentação do resultado do ensaio esclerométrico Figura 44 - Aspecto aparente do betão estrutural Figura 45 - Aspecto aparente do betão estrutura das bancadas /125

13 Abreviaturas Betão utilizado na construção do Estádio Nacional ASTM American Society for Testing and Material LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil LEC Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde REBAP Regulamento de Estrutura de Betão Armado e Pré-Esforçado NP EN Norma Portuguesa, Norma Europeia, Especificações, desempenho, produção e conformidade ENCV Estádio Nacional de Cabo Verde RBLH Regulamento de Betões de Ligantes Hidráulicos INMG Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica 6/125

14 Simbologia Betão utilizado na construção do Estádio Nacional A/C relação água cimento Valor de cálculo da resistência a compressão do betão Valor de característico da resistência a compressão do betão f ck,cube Resistência característica à compressão do betão determinada em cubos f ck,cyl Resistência característica à compressão do betão determinada em cilindros R Raio médio do molde D Dimensão máxima d Dimensão mínima m Módulo de finura 7/125

15 Introdução Abordagem do tema O betão é um dos materiais de construção mais utilizado nos nossos dias. A sua utilização na construção civil assume grande importância. Podemos mesmo dizer que dificilmente encontramos uma obra de construção civil onde este material não se inclua, ainda que em pequena quantidade. A aplicação deste material na indústria de construção civil é diversificada, podendo estar presentes em estruturas de edifício, pontes, obras hidráulicas, portos, pavimentos de estradas em betão, estádios e entre outros tipos de obras de construção civil. Salientada a importância do betão enquanto material de construção, importa referir que o seu estudo e produção ou fabricação se revestem de cuidados muito especiais. De facto, se atendermos às varias etapas do processo no estudo da sua composição e de produção, que vai desde a selecção dos componentes, inertes, ligantes (cimento), água e por vezes aditivos, a dosagem, ensaios iniciais para avaliação das propriedades do betão fresco e endurecido, e até chegar finalmente a sua produção, onde terá ainda que respeitar as condições impostas para mistura, transporte, colocação, compactação e cura do betão, deparamos a complexidade das operações e a necessidade de conhecer a influência de cada uma dessas etapas deste processo no comportamento do betão. Nos últimos nos anos o sector da construção civil em Cabo Verde teve ganhos significativos, ganhos que reflectem directamente na qualidade na qualidade. Justificativa Devido à dimensão e a importância da obra: Estádio Nacional de Cabo Verde, e face a relevância que o conhecimento da composição do betão, das suas características e propriedades, despertou em mim a atenção em fazer um estudo do betão utilizado nesta obra. Além de ser um requisito académico para conclusão da licenciatura, a sua composição e suas propriedades é assunto de capital importância. Assim, decidi junto do meu orientador Eng. António Gonçalves, estudar este assunto, sendo certo que, com o apoio dos docentes, do tutor e principalmente do meu orientador, aprenderei muito neste trabalho de investigação. 8/125

16 Objectivos Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Objectivos Gerais: Este trabalho tem por objectivo conhecer a composição, as características e propriedades do betão utilizado no Estádio Nacional de Cabo Verde. Ainda é de referir que pretende se estudar até que ponto a qualidade do betão utilizado reflecte na durabilidade da obra. Objectivos específicos: Dos objectivos gerais anteriormente referidos, aponto os objectivos específicos: a) Análise dos materiais componentes do betão a.1) Estudo dos inertes a.2) Estudo da composição e da classe do cimento a.3) Estudo da água na amassadura b) Técnica utilizada na fabricação do betão c) Cura do betão d) Análise da resistência e) Influência da qualidade do betão na durabilidade da obra Metodologia Para a elaboração deste documento de carácter científico, utilizei a seguinte metodologia de trabalhos: Primeira fase: Parte teórica do trabalho foi feita com base em revisão bibliográfica, referenciado em livros que abordam dos assuntos relacionada com a temática e em consultas aos documentos do Laboratório de Engenharia de Civil. Estas pesquisas e consultas permitiram criar uma base de sustentação sobre essas matérias de forma a redigir toda fundamentação teórica. Segunda fase: Parte prática do trabalho foi feita com base em recolha de dados existentes, sobre os ensaios já efectuados da obra em estudo, ENCV (Estádio Nacional de Cabo Verde). Também nesta parte, foram recolhidas amostras para elaboração dos ensaios necessários, com vista conhecimento das características e propriedades dos materiais componente do betão (inertes grossos e finos, cimentos e água). Contudo estes ensaios permitiram me formular uma 9/125

17 composição do betão, avaliar o seu comportamento, e deixar algumas recomendações que poderão melhorar a sua qualidade e aumentar a sua durabilidade, visto que são esses os conceitos chaves que uma obra necessita. Estrutura do trabalho Para melhor apresentação do tema, montou um esquema para expor os dados. Assim sendo, o presente trabalho foi dividido em dois capítulos. Primeiramente fez-se uma introdução breve do tema, realçando o motivo da escolha, os objectivos que fundamentam a escolha, a metodologia usada para montagem do trabalho, a sua estrutura e as limitações encontradas ao longo do desenvolvimento do tema. No primeiro capítulo fez-se uma revisão bibliográfica geral sobre o tema em questão, onde foram desenvolvidos tópicos como evolução histórica do betão, sua utilização na indústria de construção civil. Também fez-se um estudo completo sobre os componentes do betão, bem como a sua produção, o seu transporte, a sua colocação e compactação e por fim a cura. No segundo capitulo poder-se-á dizer que é o prato forte deste trabalho, pois nela houve todo o desenvolvimento prático, deste trabalho de investigação. É de salientar que todo o acompanhamento da obra (assistência na produção, transporte, colocação, compactação e cura do betão) foi assistido de perto e avaliado todo o processo corrente na obra, como foi descrito neste capítulo. No que tange aos ensaios, poder-se-á ver o boletim de todos os ensaios realizados no betão fresco e endurecido para determinar a consistência e a resistência, respectivamente, bem como os ensaios dos componentes do betão separadamente. Limitações e dificuldades As maiores limitações no desenvolvimento deste trabalho monográfico é sem dúvida a dificuldade em comunicar na obra em estudo, pois as empresas responsáveis pela construção e fiscalização da obra em estudo, é uma empresa chinesa cuja equipa de técnicos é formado pelos chineses, e dificilmente os técnicos da obra entendem e falam o inglês, e tão pouca falam o português. Outras limitações são relativamente aos ensaios laboratoriais, pois alguns não terão totalmente conseguido. 10/125

18 Capítulo 1: Betão como material de construção 1.1 Generalidades Hoje em dia, falar de betão não é simplesmente fazer uma definição sobre um material correntemente utilizado na indústria da construção civil, mas, sobretudo, abordar uma larga família de tipologias de materiais e conceitos tecnológicos inerentes à sua adequada compreensão e aplicação no contexto prático. Actualmente o betão reúne cada vez mais estudiosos sobre as suas propriedades e comportamento, principalmente porque as exigências que lhe são requeridas em termos de características de composição, fabrico, transporte, colocação e conservação, e das propriedades comportamentais quando na fase funcional, são cada vez mais diversificadas e complexas, com destaque para a sua durabilidade. A produção, o transporte, a colocação e a compactação do betão em obra devem ser acompanhados convenientemente pelo técnico habilitado de preferência com experiência na área. A qualidade do produto final, obra, está intimamente ligada à qualidade do betão fornecido e ao seu modo de colocação e conservação em obra. O controlo de produção do betão faz parte do conjunto de controlos que devem ser efectuadas para que a obra tenha o nível de qualidade desejada. A selecção dos materiais constituintes do betão constitui uma das fases críticas que antecedem o estudo das proporções na mistura. Com a descoberta de Feret, apontou a relação entre a tensão de rotura e a compacidade, também descobriu importância do factor água/cimento na composição do betão. Abrans introduziu os conceitos como a trabalhabilidade e módulo da finura dos inertes. Fuller, Bolomey e Faury com seus estudos sobre curvas granulométricas de referência ideais para os componentes sólidos do betão, Caquot com a introdução da noção do efeito parede que condiciona a granulometria do betão junto a superfície dos moldes, e que Faury aproveitou para aperfeiçoar a suas leis de composição, generalizando-as ao betão armado, foram cientistas fundamentais no conhecimento deste material indispensável para a Engenharia de construção Civil. O betão foi eleito como material para construção, porque estudos feitos revelam que ela apresenta todas as qualidades exigidas numa obra de construção, qualidades essas que são 11/125

19 elevada resistência mecânica, impermeabilidade, durabilidade e uma boa facilidade de moldagem e colocação. 1.2 Evolução do betão ao longo dos tempos Etimologicamente, a palavra betão deriva do francês béton, cuja origem é obscura podendo atribuir-se ao latim bitumem (betume). Em português a forma preferível seria formigão, termo usado no Alentejo para designar a argamassa constituída por uma parte de cal e uma parte e meia de areia fina, que se aplica sobre o terreno, batendo-a com um pilão para formar pavimento. Segundo A. Sousa Coutinho 1 a ideia da utilização de misturas de pedras e areias com um ligante é talvez tão antiga como o Homem, mas as realizações mais primitivas não chegaram aos nossos dias, certamente devido à natureza do ligante que seria provavelmente a argila, a qual perde as suas propriedades ligantes. Para A. de Sousa Coutinho 2, acredita-se que o betão mais antigo foi descoberto por volta de 5600 a.c., em Lepenski Vir, na Jugoslávia, nas margens do rio do Danúbio. Fazia parte de um pavimento térreo de uma habitação, cujo ligante provavelmente era a cal ou gesso. O uso deste material estendeu-se certamente a toda a região do mediterrâneo de tal modo que os romanos empregaram largamente misturas de pedras e areia (por vezes de natureza pozolânica), cal e água na construção das grandes obras públicas, como aquedutos, pontes, cais, grandes edifícios e outras obras maciças que, geralmente, revestiam com alvenaria de tijolo ou de pedra. Durante a Idade Média e do Renascimento a tradição do emprego deste material nunca se perdeu, pois era utilizado em fundações e pavimentos térreos. Em 1812, Louis Vicat, foi encarregado da construção da ponte de Souillac, sobre o rio Dordogne, em França. Na altura ele iniciou o estudo das causas de hidraulicidade das cais e cinco anos mas tarde redigia uma primeira memória sobre os resultados da sua experiencia, na qual ele apresentou uma dissertação que vinha provar, que a cozedura conjunta do calcário e da argila conduzia à obtenção de um produto artificial com características idênticas a do cimento. 1 Coutinho, A. De Sousa, Fabrico e Propriedades do betão, 4ª ed., Lisboa, 2006, vol. I 2 Coutinho, A. De Sousa, Fabrico e Propriedades do betão, 4ª ed., Lisboa, 2006, vol. I 12/125

20 1.2.1 Histórico do cimento Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Falar de betão é muito importante conhecer os seus componentes, sendo o cimento um dos componentes imprescindíveis para sua produção, é de grande relevância conhecer a sua história. Desde que as civilizações começaram a fazer as primeiras tentativas no domínio da construção que se começou a procurar um material que unisse as pedras numa massa sólida e coesa. Os Assírios e Babilónios usaram primeiro a argila como material ligante, enquanto que os Egípcios descobriram a cal e o gesso. Seguiram-se algumas melhorias introduzidas pelos Gregos e finalmente os Romanos desenvolveram um cimento altamente durável; a maior parte das construções do Fórum Romano foi construída à base de uma espécie de betão. Os famosos Banhos Romanos, construídos por volta de 27 A.C., o Coliseu e a enorme Basílica de Constantino são exemplos da antiga arquitectura romana, em que as argamassas de cimento foram utilizadas. Antes da descoberta do Cimento Portland, utilizavam-se grandes quantidades de cimento natural, obtido a partir da queima de uma mistura natural de calcário e argila. Como esta mistura ocorria na Natureza sem qualquer intervenção humana, as propriedades deste cimento variavam muito. Em 1830, Joseph Aspdin patenteou o processo de fabrico de um ligante hidráulico, cujo método consistia em juntar proporções bem definidas de calcário e argila, reduzi-las a pó e calciná-las num forno, de forma a obter clínquer que era depois moído até se transformar em cimento. O produto resultante, depois de moído, tinha cor e características semelhantes às das pedras da Ilha de Portland, daí ter-se-lhe dado o nome de cimento Portland. Mais tarde, I.C. Johnson, em 1844, fixa as primeiras regras rigorosas que permitem calcular as misturas das matérias-primas e simultaneamente estabelece o controlo científico de todo o processo de fabrico. O cimento Portland é hoje, tal como na altura de Aspdin, uma combinação química predeterminada e bem proporcionada, de cálcio, sílica, ferro e alumínio, sujeita a um processo de fabrico complexo, rigorosamente controlado e abarcando uma grande variedade de operações. 13/125

21 1.3 Conceitos Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Alguns conceitos importantes desenvolvidas ao longo deste trabalho: Segundo a NP ENV 206-1, entende-se por betão, ao material formado pela mistura de cimento, água e inertes (finos e grossos), com ou sem incorporação de adjuvantes e adições, que desenvolve as suas propriedades por hidratação do cimento. Betão fresco é o betão completamente misturado e ainda em condições de poder ser compactado pelo método escolhido, definida pela NP ENV De acordo com a NP ENV 206-1, o betão endurecido é entendido como betão no estado sólido e que desenvolveu certa resistência. Brita ou inerte graúdo é o um dos elementos utilizados no fabrico do betão, cuja resistência mecânica tem de ser igual ou superior à pasta do cimento para poder ser aceite no fabrico do betão. Provenientes a partir da trituração de rochas, ou encontrados sob a forma de inerte na natureza, chamados de godos. Areia ou inerte miúdo é outro material inerte que constitui o betão, podendo ser natural quando é encontrado na natureza sob a forma de inerte, proveniente da erosão de rochas, e artificial quando é obtida através da trituração de rochas. Raio médio é o quociente entre o volume 3 do betão a encher e a área total da parede e das armaduras em contacto com o betão. Efeito parede é caracterizado pela razão entre o raio médio e a máxima dimensão do inerte. Baridade é a massa por unidade de volume aparente duma classe de inerte. Junta de dilatação é uma separação física entre duas partes de uma estrutura, para que estas partes possam se movimentar sem transmissão de esforço entre elas. Falar do betão como material de construção é importante conhecer as suas vantagens e desvantagens na utilização em obras de construção. Principais vantagens da utilização do betão: Facilidade e pouca energia subjacente à sua fabricação; Economia relativa de produção e manutenção face a outros materiais; Disponibilidade de matérias-primas na natureza; 3 O volume a encher é referente apenas as partes mais armadas, (fundo de vigas, nos apoios, etc.) 14/125

22 Associação privilegiada ao aço, formando betão armado quando associado ao aço corrente de construção, e betão pré-esforçado quando é associado ao aço de alta resistência, que lhe dão extraordinária resistência em absorver esforços. Incombustibilidade; Compatibilidade com outros materiais, permitindo novas soluções tecnológicas na construção; Endurecimento rápido e resistência mecânica às solicitações correntes (particularmente compressão e flexão); Adaptabilidade arquitectónica que permite tomar inúmeras formas e encher espaços diversificados. Desvantagem da utilização do betão: Como todo o material também ela possui a sua desvantagem. Elevado peso específico; Dificuldade e custo elevado na demolição e recuperação ou reparação das obras que necessitam de intervenção; Sensibilidade às variações higrotérmicas; Aumento de deformações dos elementos, com o decorrer do tempo de sujeição às cargas instaladas (fluência); Baixo poder de isolamento térmico. 1.4 Propriedades fundamentais do betão O estudo de um betão deverá ter sempre em consideração um conjunto de características fundamentais que irão condicionar o seu desempenho final e a sua qualidade intrínseca como material de construção. No ciclo de vida emergem então duas etapas distintas: betão fresco e o betão endurecido, ambas com propriedades específicas. De modo geral, os factores como a trabalhabilidade a resistência mecânica e a durabilidade são características essenciais a garantir um bom betão, nas quais estão intimamente ligadas a outras propriedades como a homogeneidade, a compacidade e a impermeabilidade, etc. Obviamente, todas elas dependerão em primeiro lugar, dos materiais constituintes, das suas proporções na mistura, das propriedades dos componentes individualmente, e em função do tipo da obra e exigências impostas pela obra, ou locais de aplicação. 15/125

23 Todo o processo decorrente da composição do betão, que envolve etapas como a amassadura, transporte, colocação, compactação e cura, influência de uma forma decisiva a qualidade final deste material e seu comportamento em fase de utilização em obra Trabalhabilidade Tratando-se de um conceito que exprime a maior ou menor facilidade em manipular, transportar, colocar nos moldes um betão sem que perca a sua homogeneidade e uniformidade, isto é, sem que haja segregação ou separação dos componentes, é uma propriedade que é avaliada através da coesão e consistência que o betão apresenta, e tem em conta os meios disponíveis para o transporte, colocação e compactação e acabamento do mesmo. A forma de medir a trabalhabilidade é através de ensaios expeditos como o Cone de Abrams, o VêBê, etc. no qual se avalia o grau consistência do betão, através do abaixamento, ver tópico e respectivamente. No entanto pode-se dizer que não existe uma consistência ideal, mas sim uma adequada de acordo com o tipo de aplicação pretendida, isto é, o betão poderá ser seco, plástico, fluido conforme os casos. Ver tabela abaixo indicado. Trabalhabilidade Tabela 1 Valores dos parâmetros que dependem a trabalhabilidade Meios de compactação que se podem empregar Valores de A Natureza dos inertes Areia rolada Areia britada Inerte Grosso Rolado Inerte grosso Britado Valores de B Terra húmida Vibração muito potente e possível compressão (préfabricação) Seca Vibração potente (pré-fabricação) 20 a 21 21a a 23 1 a 1,5 Plástica Vibração média 21a a a 26 1,5 Mole Apiloamento Fluida Espalhamento e compactação pelo peso próprio Fonte: A. de Sousa Coutinho, FABRICO E PROPRIEDADES DO BETÃO, Vol 2, /125

24 1.4.2 Resistência mecânica A resistência mecânica, uma das propriedades mais importantes do betão, pode ser avaliada ou medida em termos de esforços de compressão, tracção, flexão e corte, se bem que, o controlo do comportamento mecânico deste material seja sobretudo através de ensaios de rotura à compressão (ver tópico 2.5.2) e em alguns casos ensaios de flexão. As tabelas 8 e 9 mostram os valores característicos da tensão de rotura a compressão aos 28 dias de idade do betão de acordo com a classe do mesmo. Alguns dos principais factores que influenciam a resistência mecânica do betão: Materiais constituintes o O cimento (natureza e a dosagem); o Os inertes (granulometria, a geometria, a sua origem, massa volúmica, composição mineralógica, a porosidade, a impureza, etc); o A relação A/C (propriedades físicas e químicas); o O volume do ar incorporado no betão; os aditivos, etc. Trabalhabilidade Moldes Compactação e vibração Cura Idade Métodos de ensaios Durabilidade A durabilidade do betão, um conceito intimamente ligado a qualidade do betão em obra. Pode ser definida como a capacidade que o betão tem em comportar de modo satisfatório frente às acções ambientais que a estrutura é solicitada, e de proteger adequadamente as armaduras e os restantes elementos metálicos incorporados na sua massa, durante o tempo de vida de serviço previsto. (ver 2.7) A escolha da relação A/C ajustadas, a compactação, a cura adequada do betão, e a espessura mínima de recobrimento as armaduras consoante os casos e condições ambientais presentes, são factores essenciais para termos um betão durável, tal como a adopção no betão endurecido, medidas especiais de protecção, através de revestimento e pinturas. 17/125

25 Todos os factores que influenciam a resistência mecânica, acima anunciadas, são determinantes para uma boa durabilidade do betão. Classes de exposição Tabela 2 Classes de exposição relacionadas com as condições ambientais Exemplos de condições 1 Ambiente seco Interior de habitações ou de escritórios * 2 Ambiente húmido a (sem gelo) b (com gelo) 2 Ambiente húmido com gelo e produtos descongelantes 4 Ambiente marítimo 5 Ambiente quimicamente agressivo** a (sem gelo) b (com gelo) Interior de edifícios onde a humidade é elevada (p. ex. lavandarias Elementos exteriores Elementos em águas ou solos não agressivos Elementos exteriores sujeitos ao gelo Elementos em águas ou solos não agressivos e expostos ao gelo Elementos interiores onde a humidade é elevada e exposto ao gelo Elementos interiores e exteriores expostos ao gelo e produtos descongelantes Elementos, completo ou parcialmente submersos na água do mar ou sujeitos aos efeitos de rebentação Elementos em ar saturado de sais (área costeira) Elementos parcialmente submersos na água do mar ou sujeitos aos efeitos da rebentação e expostos ao gelo Componentes em ar saturado de sais e expostos ao gelo As classes seguintes podem ocorrer isoladas ou em combinação com as classes acima mencionadas Ambiente químico ligeiramente agressivo (gás, a liquido ou sólido) Atmosfera industrial agressiva b c Ambiente químico moderadamente agressivo (gás, liquido ou sólido) Ambiente químico altamente agressivo (gás, liquido ou sólido) * Esta classe de exposição só é valida desde que, durante a contruçao, a estrutura ou alguns dos seus elementos, não esteja exposta a condições mais severas durante um período prolongado de tempo. ** os ambientes quimicamente agressivos estão classificadas na ISSO Podem ser utilizadas as condições equivalentes a expoxiçao que a seguir se indicam: Classe de exposição 5a: classificação ISO A1G, A1L, A1S Classe de exposição 5b: classificação ISO A2G, A2L, A2S Classe de exposição 5c: classificação ISO A3G, A3L, A3S Fonte: NP EN Especificação, desempenho, produção e conformidade 18/125

26 1.5 Componentes do betão Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Na sequência das considerações feitas anteriormente sobre as propriedades fundamentais do betão, destacou-se os materiais constituintes e as respectivas propriedades Inertes O inerte são materiais granulados, constituídos por partículas de rocha, naturais ou artificiais com dimensões que variam geralmente entre cerca de 0,1 mm e 200 mm, embora em betão armado a dimensão do inerte não excede geralmente 40 mm, dispersas pela pasta de cimento, cujo volume constitui 70 a 80% do betão. O seu emprego deve a razões técnicas e económicas, mas é necessário tomar em conta que as características do inerte afectam profundamente o comportamento do betão. Considerando-se que70 a 80% do volume do betão é ocupado pelos inertes, torna-se obvio que a caracterização e controlo das suas propriedades e qualidades são essenciais para termos bons compromissos técnico-económicos no fabrico do betão. A nível do país esse controlo tem sido feito com base nos regulamentos portugueses, como Regulamento de Betões de Ligantes Hidráulicos (RBLH) e diversas especificações publicados pela LNEC que define e estipula as propriedades a determinar, a metodologia de ensaio e os limites a respeitar pelos inertes a utilizar na confecção de betão. A resistência mecânica do inerte influi em todas as propriedades do betão, e essencialmente na sua resistência através da composição granulométrica, da sua própria tem tensão de rotura e da resistência da ligação entre a pasta de cimento e a sua superfície. As propriedades essenciais que se exigem ao inerte são de natureza geométrica, física e química: a) Adequada forma e dimensão proporcionadas, segundo determinadas regras; b) Adequada resistência às forças; c) Adequadas propriedades térmicas; d) Adequadas propriedades químicas relativamente ao ligante e às acções exteriores; e) Isenção de substâncias prejudiciais. 19/125

27 Os inertes constituídos por uma pré-mistura da areia com o inerte grosso segregam com muita facilidade, durante o transporte, ou durante o armazenamento, pois é necessário ter algumas precauções para que tal não aconteça. As propriedades dos inertes para o betão e os requisitos a satisfazer são indicados na especificação LNEC 373 (ver o anexo A.1). A melhor informação que se pode obter sobre a qualidade do inerte é a observação do comportamento do betão feito com ele. Quando se pretende aplicar inertes, até então inexplorados, com comportamento desconhecido, e quando se procede ao controle diário do inerte proveniente de dadas origens, os ensaios devem ser julgados, em última analise, a partir das propriedades do betão que com eles se confecciona, e não exclusivamente a partir de ensaios isolados Classificação dos inertes Os inertes podem ser agrupados de diferentes maneiras conforme o ponto de vista considerado: Petrográfico; Massa volúmica; Baridade; Modo de obtenção; Dimensão das partículas. Petrográfico Massa volúmica Tabela 3 - Classificação do inerte Classificação do inerte Ígneos Sedimentares Metamórficas Normal Pesados Leves Baridade Ver a tabela 4 Modo de obtenção Dimensão das partículas Natural Britado Inerte grosso ou graúdo maior de 5mm A sua massa por unidade de volume varia entre 2,3 g/cm 3 a 3,0 g/cm 3 Sua massa volúmica é superior a 3,0 g/cm 3 Sua massa volúmica é inferior a 2,3 g/cm 3 Rochas sedimentares, de natureza clásticas Fractura de rochas não clásticas Godo quando é de origem sedimentar Brita quanto é partido artificialmente 20/125

28 Dimensão das partículas Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Classificação do inerte (continuação) Inerte Rolado quando é natural de origem sedimentar Miúdo/Areia - Britado quando é obtido por fractura menor 5mm artificial Fonte: SAMPAIO, Joaquim; PROENÇA, Ana Maria; MOREIRA, A. Tavares; RIBEIRO, M. Alves, Projecto de estruturas de betão: Regulamentação de betões e cimentos A classificação mais prática do inerte, segundo as características de densidade, é através da sua baridade, ou massa volúmica do inerte, se bem que para esta propriedade contribua para extensão do intervalo granulométrico que compõe o inerte e a forma das suas partículas, podendo classificar em inerte ultraleve, leve, denso ou normal e extradenso, conforme indica a tabela 4. Tabela 4 - Classificação do inerte quanto à baridade Classificação Baridade (kg/m 3 ) Exemplos de inerte Ultraleve <300 Polistereno expandido Vermiculite Perlite expandido Vidro expandido Leve 300 a Argila expandida Xisto expandido Pedras-pomes Escória de alto-forno expandida Denso ou normal 1200 a 950 a 1700 Areia Godo Rocha britada Extradenso >1700 Limonite Magnetite barita Fonte: SAMPAIO, Joaquim; PROENÇA, Ana Maria; MOREIRA, A. Tavares; RIBEIRO, M. Alves, Projecto de estruturas de betão: Regulamentação de betões e cimentos Caracterização e propriedades fundamentais dos inertes As características geométricas e granulométricas Forma das partículas A forma das partículas do inerte tem uma influência determinante na trabalhabilidade do betão, já que uma forma defeituosa afecta desfavoravelmente o betão. 21/125

29 A areia fina diminui a trabalhabilidade por exigir um acréscimo de água de molhagem. Um inerte acicular, produz um áspero e difícil de compactar e apresenta um limiar na trabalhabilidade. Esse aspecto de partículas laminares é importante, pois como elas tendem a orientar-se num plano horizontal, passa a navegar planos privilegiados visto que debaixo delas a exsudação ou segregação da água do betão fresco após a sua colocação pode provocar a formação de película de água que impede a aderência da pasta de cimento. Daí resulta aumento considerável da permeabilidade, e nos casos em que o betão está sujeito a temperaturas negativas, a água infiltrada pode congelar, provocando rotura nestes locais. Granulometria A granulometria é uma propriedade muito importante do inerte, dado que é ela que vai condicionar a compacidade do betão e daí todas propriedades do material decorre dessa característica. A curva granulométrica exprime as percentagens acumuladas, em peso do material que passa pelos diferentes peneiros, e que liga entre si os pontos referentes a cada peneiração, podendo-se definir para o granulado em questão, três parâmetros fundamentais: - Dimensão máxima D a menor abertura da malha da serie de peneiros ASTM através da qual passa uma quantidade de inerte igual ou maior que 90%. - Dimensão mínima d é a maior abertura da malha da serie de peneiros ASTM através da qual passa uma quantidade de inerte igual ou menor que 5%. - Módulo de finura m indica a dimensão média ponderada do peneiro do grupo no qual é retido o material, sendo os peneiros contados a partir do mais fino (malha de 0,149 mm) Características mecânicas O inerte influencia em todos as propriedades do betão, e essencialmente na sua resistência através da composição granulométrica, da sua própria tensão de rotura e da sua resistência de ligação entre a pasta de cimento e a sua superfície. Normalmente a tensão de rotura de rocha utilizada como inerte é superior a 60 MPa, logo a resistência de betão só depende da resistência da pasta de cimento. No caso de inertes leves, cuja tensão de rotura da rocha é duas vezes a da pasta de cimento, a resistência do betão depende da resistência do inerte. 22/125

30 Características químicas Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Sob este item pretende abordar-se resumidamente alguns dos aspectos relacionados com a sua composição química e mineralógica dos inertes e 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 inerte e o ligante, há que recear a possibilidade de expansões elevadas que anulam a coesão do material e a formação de substâncias que estão que estão longe de ter propriedades aglomerantes. (reacções silico-alcalinas) Tipos de reacções mais conhecidas a) Reacção, em meio húmido, entre os álcalis do cimento (sólido e o potássio neles existentes) e a sílica não perfeitamente cristalizada do inerte. b) Reacção dos alcalis do cimento com o carbonato de magnésio de certos calcários dolomíticos. c) Reacção de determinadas formas de alumina com sulfatos em presença de soluções sobre saturadas de hidróxido de cálcio fornecidas pela hidratação do cimento. Há outros minerais cuja presença é normalmente indesejável, como sulfuretos, gesso, óxidos de ferro, feldspatos alterados (caulinizados), minerais argilosos, etc. No que concerne às impurezas contidas nos inertes, elas podem interferir mão só quimicamente, mas também por via física. ACÇÃO QUÍMICA: - Partículas que dão reacções químicas expansivas com o cimento (já referidas anteriormente) - Impurezas de origem orgânica (cuja natureza é mais importante que a quantidade, sobretudo nas areias, cujo a lavagem é mais difícil, que no inerte grosso, com área superficial inferior). - Impurezas de origem mineral (sais) com destaque para os sulfatos, sulfuretos e cloretos. ACÇÃO FÍSICA: - Partículas finas (dimensões inferiores ou iguais às do cimento, que interferem na estrutura do material hidratado, enfraquecendo-o) - Partículas friáveis ou com resistência baixa (lenhite, carvão, madeira, grumos de argila, xistos, conchas, etc. - Partículas com expansões e contratações excessivas devidas às alternativas de embebição e secagem. 23/125

31 Consequência da existência de teores de impurezas no in erte A matéria orgânica pode impedir a presa do cimento A argila pode diminuir drasticamente a resistência mecânica por impedir a ligação entre o inerte e os produtos resultantes da hidratação do cimento (pode estar presente grumos ou pó). As partículas finas, friáveis e moles podem exigir quantidades de água de molhagem exageradas e reduzir tanto a resistência mecânica, como outras propriedades. Partículas leves são prejudiciais ao betão que seja frequentemente exposto a temperaturas inferiores a -5ºC. Teores de sai estão limitados regularmente, e a exigência varia consoante se trate de betão simples, armado e/ou pré-esforçado, dado que tanto provocara alterações na presa e no endurecimento, como deterioram o betão através da sua meteorização, reagindo com o cimento e argamassas. Na tabela 5 faz referência às principais características e limites que devem ser considerados para um inerte utilizado em betão. Resistência mecânica dos inertes grossos medida através de: Quantidades de partículas ou matérias prejudiciais Tabela 5 Características e limites que devem ter um inerte para betão Propriedades -Tensão de rotura a compressão da rocha Documento normativo NP 1040 Limites a satisfazer 50 MPa - Resistência ao esmagamento NP % - Desgaste Los Angeles LNEC E % Desagregação pelo sulfato de sódio de magnésio Absorção de água NP 1378 SO 4 N a : perdas peso <10% SO 4 M g : perdas peso <15% ao fim de 5 ciclos NP 581 5,0 % NP 954 Matéria orgânica NP 85 Quantidade não prejudicavel Areia natural 3,0% Partículas muito finas e material solúvel NP 86 Areia britada 10% Godo 2% Brita 3% Partículas de argila LNEC E196 2% da massa do cimento + adições 24/125

32 Continuação da tabela 5 Características e limites que devem ter um inerte para betão Propriedades Partículas friáveis Partículas moles Partículas leves Documento normativo NP 1380 Limites a satisfazer Areia 1,0% Godo ou brita 0,25% LNEC E 222 Godo ou brita 5% NP 953 Índice volumétrico LNEC 223 Reactividade potencial com os alcalis dos cimentos Reactividade com os sulfatos LNEC E 159 NP 1381 LNEC E 251 Teor de cloretos LNEC E 253 Teor de sulfuretos NP 2107 Teor de sulfatos NP 2106 Teor de alcalis NP 1382 Analise granulométrica NP 1379 Areias 0,5% Godo ou brita 1,0% godo 0,12 brita 0,15 Negativo Extensão 10-3 ao fim de 6 meses Provete de argamassa: - ausência de fendilhamento -extensão 0,5x10-3 Provetes de rocha: - extensão 1,0x10-3 ao fim de 6 meses Baridade NP 955 Teor de água total NP 956 NP957 Fonte: Engº Jorge Santos Patos, Propriedades e controle de qualidade, noções fundamentais Cimento Segundo A. Sousa Coutinho Fabrico e Propriedades do betão, vol. I, 4ª ed., Etimologicamente a palavra cimento deriva se do latim caementtum, palavra que parece ter sido criada pelos romanos para designar a mistura de pedras e pedaços de tijolos, cascalho, areia, cal e água, ou seja, o que hoje se designa por betão ou argamassa. O cimento é constituído por pó muito fino que amassado com água forma uma pasta cujo endurecimento se dá apenas pela reacção química entre pó e água. É designado como ligante, porque tem uma propriedade de poder aglomerar uma proporção elevada de materiais inertes, como areia, pedras britadas, godos, etc., conferindo ao conjunto 25/125

33 grande coesão e resistência, o que os torna aptos a serem utilizados na construção como betão e argamassa. Também é considerado como hidráulico, porque além de endurecer ao ar, é capaz de adquirir elevada resistência debaixo da água, suportando perfeitamente a acção em que se encontra submetido, propriedades essa muito procurada e apreciada pelos construtores de todas as épocas. Tipos de cimentos Tipos de cimento de uso corrente em Cabo Verde CEM I CEM II CEM IV Cimento Portland Cimento Portland de Calcário Cimento Pozolânico [Fonte: Autor] Classe de cimento Classe de resistência (MPa) Normal (N) Tabela 6 Classe de resistência do cimento Valores de resistência 32,5 42,5 52,5 Alta Alta Normal Normal resistência resistência (N) (N) (R) (R) [Fonte: LEC Ensaios no Cimento] Alta resistência (R) Água na amassadura As águas a utilizarem na amassadura do betão não deverão ter constituintes prejudiciais e em quantidades tais que possam afectar a presa, o endurecimento e a durabilidade do betão. A água potável das redes de abastecimento público é, em geral adequada ao fabrico do betão. A dosagem efectiva de água inclui, para além da água de amassadura, a água presente na superfície dos inertes, nos adjuvantes e nas adições. A Água de amassadura compreende três funções essenciais: 1) Hidratação do cimento 2) Molhagem dos inertes 3) Definição da trabalhabilidade do betão (através da lubrificação e diminuição do atrito interno entre os inertes). Nota: O excesso de água pode provocar um enfraquecimento das ligações introduzidas pelo cimento, afectando a resistência e a durabilidade do betão. 26/125

34 A influência da água nas propriedades do betão não depende apenas da quantidade, mas também da tipologia de substâncias dissolvidas e em suspensão. As primeiras podem afectar as resistências mecânicas e químicas do betão e das armaduras. As ultimas que normalmente o silt, com dimensões entre 2 μm e 60 μm, e a argila, com dimensões inferiores a 2 μm, podem afectar a compacidade e especialmente o crescimento cristalino dos produtos de hidratação do cimento. De um modo geral, a água e o inerte por serem substâncias naturais, todas as impurezas que se faz referência a propósito do inerte, poderão estar contidas na água, onde, devido ao poder dissolvente desta, atingem concentrações mais elevadas. As propriedades da água de amassadura do betão e os requisitos a satisfazer são indicados na especificação LNEC E 372, (ver tabela 7). Tabela 7 Características e exigências da água para amassadura de betões Fonte: FREIRA, Rui Miguel, AVALIAÇÃO DE ENSAIOS DE DURABILIDADE DO BETÃO, Guimarães, Setembro 2010, pag /125

35 1.6 Classificação do betão Betão utilizado na construção do Estádio Nacional O betão a utilizar na obra deve satisfazer as condições estabelecidas no Regulamento de Betões de Ligantes Hidráulicos (RBLH), e na Norma Portuguesa: Especificações, desempenho, produção e conformidade NP EN Classes de resistência Definidas pelo REBAP As classes de resistência à compressão definidas pelo REBAP (Art.º 13) são indicadas na tabela 8, no qual são especificados os valores característicos mínimos da tensão de rotura à compressão aos 28 dias da idade do betão, em provetes cúbicos de 20 cm de arestas, ou em provetes cilíndricos de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, fabricados e curados conforme as especificações do LNEC E255 e ensaiados de acordo com a especificação do LNEC E226. O valor característico da tensão de rotura é o valor cuja probabilidade de ser atingido é de 95%. Tabela 8 - Classe de resistência do betão definida pelo REBAP Classe de resistência B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 B55 Provetes cúbicos Provetes cilíndricos Valor característico mínimo da tensão de rotura por compressão, f ck em (MPa) Fonte: REBAP Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado, Julho de A classe de betão utilizada na obra em estudo é B20 nos elementos nos elementos não estruturais como lintéis, pavimentos térreos, etc., e B30 em todos elementos estruturais como sapatas, pilares, vigas e lajes. Os betões do tipo B são betões de uso corrente. Betão do tipo - B B30 Resistencia minima aos 28 dias é de 30 MPa 4 Cubos com aresta de 20 cm 5 Cilindros com 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura 28/125

36 Definidas pela NP EN As classes de resistência à compressão definidas pelo NP EN 206 (Clausula 4.2.1) são indicadas na tabela 9 no qual são especificados os valores característicos mínimos da tensão de rotura à compressão aos 28 dias da idade, para betão de massa volúmica normal e para betão pesado. Utiliza provetes cúbicos de 15 cm de arestas, ou em provetes cilíndricos de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura. Tabela 9 - Classes de resistência à compressão para betão de massa volúmica normal e para betão pesado Classe de resistência C8/10 C12/15 C16/20 C20/25 C25/30* C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 C55/67 C60/75 C70/85 C80/95 C90/105 C100/115 Provetes Cilindros, f ck,cyl Provetes Cúbicos, f ck,cube Valor da resistência característica mínima aos 28 dias de idade do betão (em MPa ou em N/mm 2 ) Os valores de resistência f ck,cil são idênticas ao valor usado no Eurocódigo 2 Fonte: NP EN Especificação, desempenho, produção e conformidade * Classe de betão utilizada na obra para execução dos elementos estruturais, é a classe do betão para o estudo de caso. 29/125

37 Capítulo 2: 2.1 Caracterização geral da obra e do espaço onde ela se insere A obra em estudo, construção do ENCV, é uma obra desportiva de classe B e classe II contra incêndio, cujo padrão de decoração é classe média. Este equipamento desportivo tem uma capacidade de dez mil espectadores, podendo ser ampliados para quinze mil lugares. Também possui vias de acesso circundante, praça de entrada principal vedação e quatro torres de iluminação, etc. Esta obra abrange uma área de construção de cerca de m Discrição geral da obra A obra do ENCV é uma obra, cujas estruturas foram construídos totalmente em betão armado (ver fig. 1). As bancadas estão ligadas aos corredores. O lado da bancada oeste será coberto em armaduras de aços leves com braços suspensos apoiados em pilares mistos (betão +aço). Figura 1 Estruturas da bancada do lado oeste [Fonte: Autor] A vida útil desta estrutura é de 50 anos, no seu dimensionamento foi considerado uma pressão básica de vento de 0,3 km/m 2, e foi definida a resistência ao sismo. Segundo a memória descritiva da obra, a estrutura das bancadas tem um comprimento de 150 m, separados por uma junta de dilatação com uma espessura de 12 cm em cada 50 m de comprimento. 30/125

38 Figura 2 Imagem da cobertura da bancada (vista principal) [Fonte: Projecto de Arquitectura do estádio] Figura 3 Ilustração de uma junta de dilatação [Fonte: Autor] Os elementos estruturais foram concessionados e construídos conforme a norma chinesa. Junta de dilatação A presença de material rígido ou de material de preenchimento que tenha perdido a sua elasticidade produz tensões indesejáveis na estrutura, podendo ocasionar fissuras nas lajes adjacentes à junta, com a possibilidade de se propagar às vigas e pilares próximos. Os sistemas de vedação das juntas devem acomodar a amplitude do movimento da mesma. As juntas de dilatação devem garantir a transição suave entre os acessos e a ponte e também entre os trechos por ela divididos. Elas possuem uma dimensão de 12 cm, e quanto ao preenchimento 31/125

39 2.1.2 Localização geografia da obra Betão utilizado na construção do Estádio Nacional O estádio nacional de Cabo Verde fica localizado na Praia Norte, na zona de Achada São Felipe. Figura 4 Localização geográfica do estádio nacional de Cabo Verde [Fonte: Google Earth em Dezembro de 2011] Características do meio onde a obra esta inserida O local onde foi construída a obra tem as seguintes características ambientais: De acordo com os dados do INMG, a temperatura média do ar apresenta uma fraca amplitude térmica, com o valor médio anual a variar entre 10 ºC e 8 ºC. As médias mensais atingem valores mínimos (17,2 ºC), em Fevereiro, e máximos (33,1 ºC), nos meses de Setembro e Novembro. A orientação e localização de Cabo Verde na rota dos ventos alísios influenciam e caracterizam as massas de ar que penetram o arquipélago durante todo o ano, com ventos predominantemente do nordeste no período em que não se registam precipitações. No período considerado como época das águas, essa região sofre perturbações muitas vezes de ventos do Sul e do Sudeste. Esta região é afectada por movimentos atmosféricos descendentes, que actuam como um forte opositor ao desenvolvimento vertical das nuvens, acentuado pela influência da corrente fria das Canárias, tendo como resultado as fracas 32/125

40 precipitações registadas. Em termos médios, a humidade relativa do ar em Cabo Verde, tem excelente parâmetro na determinação do índice "conforto humano", varia entre 60%, durante o dia, e 90%, durante a madrugada ou em períodos de céu nublado e precipitação. Os valores mais elevados ocorrem nos meses de Julho a Outubro, podendo, por vezes, ultrapassar os 95%. A humidade relativa média anual oscila entre 67% e 71%, enquanto que os valores mínimos (59%) e máximos (77%) são registados em Março e Setembro, respectivamente. As maiores variações da humidade são registadas nas ilhas de Sotavento. Os valores mínimos coincidem com o período em que predominam os ventos de Este e Este Nordeste, acompanhados de poeira em suspensão, ou seja, o período de maior ocorrência de bruma seca. Enquadrando os dados estatísticos com os valores médios de temperatura e humidade relativa do ar em Cabo Verde, pode-se ver que a obra fica inserida num local onde a temperatura oscila entre os 24ºC e 29ºC e uma humidade relativa do ar entre os 60%. Nos que se refere a condições de agressividade ambiental, a obra situa-se aproximadamente a metros do mar, e é afecta pela presença de cloretos e sais arrastados pelo vento, classificando-o de ambiente marítimo com ataque de cloreto presente no ar. 2.2 Análise dos materiais componentes do betão Estudo dos inertes Conhecer as características e propriedades do inerte é um passo importante para termos uma previsão sobre as características do betão por ele fabricado. É de capital importância fazer um estudo completo do inerte, pois este permite-nos conhecer a sua qualidade e possivelmente a qualidade que venha ter um betão por ele produzido. Dos estudos realizados nos inertes, destacou-se a análise granulométrica e o ensaio de desgaste de Los Angelos Ensaio granulométrico dos inertes Chama-se granulometria do inerte à distribuição das percentagens das partículas de determinadas dimensões que compõem o inerte. A dimensão das partículas é definida pela abertura de uma malha, com forma determinada, através da qual ela passa, ficando retida numa malha idêntica, de menor abertura. A dimensão assim determinada exige que se definam dois parâmetros: 33/125

41 a) Forma de abertura da malha (quadrada ou circular); b) Diferença entre as aberturas de duas malhas consecutivas. A determinação da granulometria dos inertes foi feita através da peneiração. A peneiração é feita com inerte seco, através de uma serie de peneiros ASTM, arranjados por ordem tal que os de malha mais larga estejam na parte superior e os de malha mais apertadas na parte inferior. O material retido em cada peneiro é pesado, conhecendo a massa inicial da amostra, pode se facilmente calcular a percentagem dos materiais retidos. (ver o anexo A.1.1) Figura 5 Serie de peneiros ASTM [Fonte: Autor Junho 2011] Antes de fazer o ensaio, a amostra recolhida deve ser levada à estufa para secagem, a fim de evitar a agregação das partículas finas e obturação dos peneiros cuja malha é mais apertada. Granulometria do inerte graúdo/brita Para o ensaio da granulometria da brita, foi recolhida na obra cerca de 30 kg do material, desse material, foi esquartejada e tirada uma amostra de 5375 gr, para peneiração. A máxima dimensão do inerte tem de ser escolhida de modo que o betão possa ser colocado e compactado à volta das armaduras sem que haja segregação. 34/125

42 % de material passado Betão utilizado na construção do Estádio Nacional De acordo com os ensaios feitos (ver o anexo A.1.1) a máxima dimensão do inerte é 25,4 mm. Figura 6 Recolha da amostra Figura 7 Amostra em estufa [Fonte: Autor Junho 2011] 100 CURVA GRANULOMÉTRICA ,01 0,10 1,00 10,00 100,00 aberturas em mm Gráfico 1 Curva granulométrica da brita [Fonte: Autor] Nesta curva nota-se que esta brita possui uma pequena percentagem de finos ou resíduos. O gráfico 1 indica-nos a curva granulométrica brita em estudo, dá uma indicação de que se trata de uma brita de granulometria média cujo diâmetro esta compreendido entre 10 a 30 mm, com modulo de finura de 7,54. 35/125

43 % de material passado Granulometria da areia/inerte miúdo Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Cerca de 25 kg de material foi recolhida na obra, esquartejada e pesada uma amostra de 2120 gr. Figura 8 Amostra da areia [Fonte: Autor Junho 2011] 100 CURVA GRANULOMÉTRICA ,01 0,10 1,00 aberturas em mm 10,00 100,00 Gráfico 2 Curva granulométrica da areia mecânica [Fonte: Autor] A curva granulométrica indica que esta areia é uma areia bem granulada, com um módulo de finura de 4,06. 36/125

44 Os ensaios foram feitos com base no procedimento indicado no anexo C.1, todos os dados e os resultados encontram-se em anexo A.1.1 do presente trabalho. De acordo com o resultado obtido através da granulometria, pode-se afirmar que a areia utilizada na produção do betão é uma areia media bem granulada, (ver o gráfico 2 curva granulométrica da areia mecânica) Determinação da massa Volúmica da areia A determinação da massa da areia com partículas saturadas sem água superficial, da massa de água por ela deslocada e da massa de areia após a secagem, permite conhecer qual o seu peso e como influência no peso total do betão. A massa volúmica é a relação entre a massa do corpo e o seu volume. A massa volúmica dum material não é uma medida da sua qualidade. Foi feita de acordo com os procedimentos de ensaios para determinação da massa volúmica da areia (ver o Anexo C.3). O resultado do ensaio pode ser visto a pormenor na tabela em anexo (ver Figura 9 Volumenómetro de Chapam [Fonte: Autor] anexo A.1.4). A partir dos resultados obtidos pode se concluir que esta areia quanto a baridade (ver tabela 4) é uma areia extra densa. Tabela 10 - Determinação da massa Volúmica Inerte - Determinação da massa Volúmica Metodologia de ensaio adoptada: Especificação LNEC E 248 Entidade Requisitante: Obra: Estádio Nacional Identificação da Amostra: Adérito Martins Areia Mecânica Data: M Massa da amostra seca gr 550 Vi Volume inicial de água ml 200,0 Vf Volume final de água ml 396,0 V=Vi-Vf Volume de água deslocada ml 196,0 G=M/V Massa volúmica das partículas sólidas kg/m [Fonte: Autor] 37/125

45 Determinação do peso específico, baridade e absorção da brita A absorção da agua do inerte é determinada a partir da massa de uma amostra de inerte saturado de água, P 1, (com superficie seca) e da amostra seca, P 2, em estufa a 105ºC. A relação entre a perda de massa determinada nestas condições e massa da amostra seca, em percentagem, chama-se absorção, A, A determinação do peso, baridade e absosorção da brita é um ensaio que permite conhecer a massa por unidade de volume, a percentagem de água que o inerte absorve e definir reajustamento da relação A/C no betão, pois pode evitar que a água da composiçao do betão seja absorvido pelo inerte. Tabela 11 Ensaio do peso específico, baridade e absorção da brita Inerte - Determinação do Peso Específico, Baridade e Absorção Metodologia de ensaio adoptada: NP Entidade Requisitante: Obra: Estádio Nacional Identificação da Amostra: Adérito Martins Brita ITP Data: T A B C G A/(A-B)xG Temperatura da água Peso da amostra saturada com a superfície seca Peso da amostra saturada dentro da água Peso da amostra seca Densidade relativa da água à temperatura de ensaio Peso específico das partículas saturadas com a superfície seca ºc 26 gr 5848,4 gr 4002,6 gr 5362,0-0,997 Kg/m C/(A-B)xG Peso específico das partículas secas Kg/m C/(C-B)xG Peso específico das partículas impermeáveis Kg/m (A-C)/Cx100 Absorção % 9,1 [Fonte: Autor] Ver o anexo C.4, procedimentos de ensaios e anexo A.1.3 resultados obitidos a paartir do ensaio. De acordo com a tabela 5 - características e limites que devem ter um inerte para betão, este inerte não satisfaz quanto à capacidade de absorção de agua, pois o resultado obtido (9,1%) 38/125

46 não está dentro do limite afixado para inertes para betão. Como consequência de este inerte ter uma elevada capacidade de aborção da água induz ao aumento da relação da A/C, para repor a água que o inerte absorve na altura de execução do betão, afim de evitar que este consuma a água de hidratação da pasta de cimento Ensaio de desgaste Los Angeles Esferas da máquina de Los Angeles Figura 10 Maquina de ensaio de Los Angeles [Fonte: Autor Junho 2011] Para o ensaio de desgaste Los Angeles, depois de ter feita a análise granulométrica do inerte, a brita utilizada na obra é de granulometria A. Tabela 12 Composição granulométrica dos provetes Fracções Massa em (gr) granulométrica mm Composições granulométrica Passado Retido A B C D E F G 76,1 64, ,0 50, ,8 38, ,1 25, ,4 19, ,0 12, ,7 9, ,51 6, ,35 4, ,76 2, Massa total Fonte: LNEC E 237-Agregados; Ensaio de Desgaste pela máquina de Los Angeles 39/125

47 NOTA: Na quantidade da amostra recolhida para o ensaio, não foi possível extrair 1250 gr de material retido no peneiro de malha 9,51 mm, pelo que foi necessário ajustar a composição granulométrica do provete adicionando 905 gr de material retido no peneiro de malha 12,7mm. OBRA: Requisitante: Tabela 13 Desgaste Los Angeles Estádio Nacional Adérito Martins TIPO DE MATERIAL [Fonte: Autor Junho 2011] Brita 2 - Grossa GRANULOMETRIAS DE ENSAIO ADOPTADAS A Formulário Massas (gr) 1" 1255,0 Retidas 3/4" 1255,0 M=M 1 -M 2 (gr) nos peneiros 1/2" 1257,0 (ASTM) 3/8" 1250,0 D=M/M TOTAIS Antes do ensaio (M 1 ) 5017,0 (gr) Depois do ensaio(m 2 ) 4497,0 Desgaste "Los Angeles" (%) 10,4 Conforme os resultados obtidos (ver a tabela 13), este inerte possui uma boa resistência mecânica, pois segundo a norma (ver a tabela 5) o limite máximo aceitável de desgaste dum inerte deve ser inferior a 50 % para betões corrente, mas neste caso o caderno de encargo estabelece que o inerte a ser utilizado na fabricação do betão estrutural deve possuir um desgaste nunca superior a 20 %, tendo um resultado de desgaste de 10,40%, pode se afirmar que inerte utilizado na produção do betão tem uma boa resistência mecânica Estudo do cimento O armazenamento do cimento na obra é feito através do granel, fig. 9. Todo o abastecimento é feito através do camião. Classe e tipo de cimento utilizado na fabricação do betão em estudo De acordo com a ficha técnica fornecida pelo fabricante, o cimento utilizado na fabricação do betão estrutural é Cimento Portland Tipo CEM II/A - L 42,5R. 40/125

48 Figura 12 - Armazenamento de Cimento a granel ou Silo Figura 11 Camião de colocação do cimento no silo [Fonte: Autor] Figura 13 amostra de cimento utilizado para ensaio [Fonte: Autor] Propriedades físicas e químicas do cimento Para serem aplicados com segurança, os cimentos têm de possuir determinadas características, algumas impostas por normas, entre as quais a massa volúmica ou peso específico, finura, resistência mecânica, características da presa, expansibilidade, perda ao fogo, resíduo insolúvel, teores de sulfatos, cloretos pozolanicidade, que serão analisados em seguida. 41/125

49 Ensaios físicos do cimento Betão utilizado na construção do Estádio Nacional A forma de conhecer as propriedades do cimento é através dos ensaios, elas permitiram conhecer e caracterizar o cimento. Para comprovar alguns resultados fornecidos pelo fabricante foram feitos vários ensaios físicos no cimento como: determinação do peso específico, análise granulométrica, ensaio de presa, ensaio de compressão e flexão e ensaio de expansibilidade. Todos os ensaios foram feitos com base nas normas (consultar o Anexo C procedimentos de ensaios) Determinação do peso específico do cimento É determinada pela maneira usual, medir a massa volúmica de qualquer sólido, conhecendo a massa e medindo o seu volume a partir do deslocamento de líquido num volumenómetro apropriado, designado incorrectamente por densímetro, de Le Châtelier fig. 12. O líquido que se emprega é a gasolina ou petróleo. O procedimento vem descrito na especificação LNEC E cimentos. Determinação da massa volúmica. Figura 14 Densímetro (volumenómetro) de Chatelier Fonte: COUTINHO, Joana Sousa, MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 2, 1ª PARTE LIGANTES E CALDAS 2006, pag 67 42/125

50 a) b) Betão utilizado na construção do Estádio Nacional c) Figura 15 Ilustrações das etapas para a determinação do peso específico do cimento [Fonte: Autor] A figura 13 a) ilustra a amostra em estufa, é o primeiro passo para a realização dos ensaios físicos no cimento, pesa-se gr de material fig 13 b), Depois deita-se todo o cimento num o volumenómetro e é mantido em posição inclinada, rodando-o, a fim de que o ar se possa escapar. Logo que se termina esta operação tapa-se o frasco e coloca em repouso. Quando se atingiu o equilíbrio térmico lê-se a nova posição do nível do líquido no gargalo do frasco, cuja diferença para a inicial dá o volume dos 65,0000 gr de cimento lá colocados. A massa volúmica é o quociente de 65 g pelo volume do líquido deslocado. Tabela 14 Determinação do peso específico Cimento: - Determinação do peso específico Metodologia de ensaio adoptada: Especificação LNEC E Entidade Requisitante: Obra: Adérito Martins Estádio Nacional Identificação da Amostra: Cimento Data: V Volume da célula cm 3 21,1 θ Temperatura a que foi realizado o ensaio ºC 22 P Peso do material introduzido na célula gr 65 Peso específico do material g/cm 3 3,08 [Fonte: Autor] Segundo A. Sousa Coutinho, o conhecimento desta grandeza também permite detectar a existência de material inerte no cimento pois, um valor da massa volúmica inferior a 3,05 g/cm 3 indica um cimento adulterado, mal cozido, ou ainda parcialmente hidratado. 43/125

51 Conclui se que o cimento utilizado para a fabricação do betão em estudo, possui uma massa volumica de 3,08 g/cm 3, estando dentro das especificações contribuindo para obter um betao de acordo com a especificação do caderno de encargo Análise granulométrica resíduo de peneiração O resíduo de pineiração é dos métodos de determinação da finura de um cimento. Um modo cómodo e rápido de determinar a finura foi utilizar peneiros; todavia os limites de finura determinados por este meio são incompletos pois a peneiração não é possível para dimensões inferiores a cerca de 50µm, e mesmo para dimensões inferiores a 75µm é já aconselhável utilizar a peneiração por via húmida. Antigamente, o cimento não devia possuir um resíduo, no peneiro com malhas de 90µm de abertura, superior a 10,0%. Hoje, a normalização actual não estabelece um limite para o resíduo de peneiração mas esta propriedade serve para verificação e controlo, detectando a presença de partículas grossas do cimento no processo de produção. O método de ensaio para determinação do resíduo de peneiração vem descrito na norma NP EN (1990) Métodos de ensaio de cimentos. Determinação da finura. Figura 16 Amostra de cimento seca em estufa [Fonte: Autor] 44/125

52 Figura 17 Peneiração do cimento [Fonte: Autor] O método de peneiração para determinação do respectivo resíduo consiste em peneirar a seco uma amostra de cerca de 65,0000 gr de cimento com um peneiro com malha de abertura de 90µm e determinar o resíduo no peneiro após peneiração manual (ou mecânica). O ensaio é repetido três vezes e o resultado corresponde à média nos ensaios. Note-se que o resíduo de peneiração não fornece informações sobre a dimensão dos grãos inferiores a 90µm e são as partículas mais finas que têm o papel mais importante nas reacções iniciais de hidratação. Tabela 15 Determinação do resíduo de peneiração Cimento - Determinação do Resíduo de Peneiração Metodologia de ensaio adoptada: Especificação LNEC E Entidade Requisitante: Obra: Estádio Nacional Identificação da Amostra: Data: Adérito Martins Cimento Peso do material utilizado na peneiração Determinações 1º gr 0,0559 2º gr 0,0467 3º gr 0,0479 Soma gr 0,1505 Média gr 0,0502 Resíduo de peneiração % 0,0502 [Fonte: Autor] Valores obtidos 50 g 45/125

53 Ensaio de presa Betão utilizado na construção do Estádio Nacional a) b) Figura 18 - Aparelho de Vicat para a determinação da consistência da pasta normal e do tempo de presa [Fonte: Autor] A presa refere-se à passagem do estado líquido ao sólido, ou melhor, à rigidificação da pasta de cimento. É difícil determinar o instante em que se dá esta alteração no estado da pasta, pois sofre diversas graduações ate atingir o estado sólido. Distinguem-se dois períodos para o tempo de presa: inicio e fim. O primeiro é o tempo decorrido entre a amassadura e a perda parcial de plasticidade fig. 17 a). O segundo (fim da presa) é o tempo necessário para que a pasta adquira a firmeza suficiente para resistir a uma certa pressão fig. 17 b). Este ensaio, normalizado pela norma NP EN (2006) Métodos de ensaio de cimento. Determinação do tempo de presa e expansibilidade. O inicio da presa mede-se através da resistência de uma pasta de cimento à penetração de uma agulha com 1 mm 2 de secção, sob a acção de um peso de 300 g Figura 17 a). O fim de presa é determinado com uma agulha semelhante provida de um anel com 5 mm de diâmetro Figura 17 b), de modo que a extremidade da agulha se projecta 0,5 mm para além 46/125

54 da aresta deste acessório. Atinge-se o fim de presa quando a agulha, poisada na superfície do bloco de ensaio, deixa a sua marca, sem que o acessório circular imprima qualquer sinal, isto é, a agulha penetra menos de 0,5 mm. Tabela 16 Ensaio de determinação de presa da amassadura Água de amassadura: 30% Ensaio de presa AMASSADURA Temperatura ºC Ambiente: 22,5 Da água: 24 Da pasta: 21 Pasta conservada no ar húmido Hora que se efectuou a amassadura: 12:09 h Presa Hora Tempo Rubrica Começo 13:59 1h:50 Fim Temperatura de conservação Pasta conservada em imersão Hora a que se efectuou a amassadura Presa Hora Tempo Rubrica Começo Fim Temperatura de conservação Técnico/Experimentador [Fonte: Autor] Tabela 17 Resumo do ensaio de presa da amassadura DETERMINAÇÕES VALOR VALORES ESPECIFICADOS/CLASSE PRINCIPIO DE PRESA min OBTIDO 32,5 N 32.5 R 42,5 N 42.5 R 52,5 N 52.5 R [Fonte: Autor] 47/125

55 Ensaio de compressão e flexão Betão utilizado na construção do Estádio Nacional A resistência mecânica do cimento é a propriedade mais importante em termos de utilização estrutural pelo que todas as normas fixam valores mínimos desta característica (Neville, 1995). Como a resistência depende, em elevado grau, das condições da amassadura, da preparação dos provetes, da natureza do ensaio escolhido, etc., é necessário prescrever a maneira exacta de ensaiar o cimento, de modo a obter resultados comparáveis (Coutinho, 1988). Figura 19 Ensaio de Flexão [Fonte: Autor] O ensaio propriamente dito consiste em, com equipamento normalizado, a meio vão, aplicar uma carga vertical que cresce gradualmente ao ritmo de 50 ± 10 N/S, sem choques, até à rotura, registando-se a força máxima de rotura por flexão Figura 19. Como referido anteriormente a resistência à compressão do cimento é a propriedade mais importante tendo que obedecer a valores mínimos especificados. Entre nós as normas NP EN e NP 4326 classificam os cimentos em termos de resistência, em cimentos de endurecimento normal e rápido. Os de endurecimento rápido, como é evidente, dizem respeito a cimentos cuja resistência é elevada aos primeiros dias e estes cimentos terão que respeitar valores especificados aos 2 dias de idade. Tabela 18 Valores caracteristicos da tensao de rotura por classe de cimento [Fonte: COUTINHO, Joana De Sousa, Materias de construção 2 1ª parte Ligantes e caldas, pag 82] 48/125

56 Ensaio de expansibilidade Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Figura 20 Molde de Châtelier [Fonte: Autor] Foi referido anteriormente como a presença do óxido de magnésio pode conduzir a desagregação do betão, se estiver sob uma forma inicialmente não reactiva com a água, isto é, bem cristalizado. Como na matéria-prima do cimento entra o carbonato de cálcio, é sempre possível a existência de algum óxido de cálcio que não combinou com os silicatos e aluminatos. A esse óxido de cálcio chama-se cal livre. Esta aparece quase sempre no clínquer e sua presença pode ser devida a uma mistura com pouco mais de oxido do que o necessário para se combinar com os aluminatos e silicatos, a uma cozedura mal cozida, ou ainda a insuficiência na finura ou na mistura das matérias-primas no forno. A presença de cal livre no cimento pode ser ou não perigosa. A estrutura habitual do, porosa e amorfa, não causa perturbação, pois se hidrata sob a forma normal de expansão com libertação de calor, logo que a água se junta ao cimento. É essencial que a pasta de cimento, após presa não sofra grandes variações de volume, em particular expansões que, se impedidas podem causar a destruição do material. Esse tipo de expansões pode ser causados por hidratação retardada ou lenta (ou outras reacções) de alguns compostos presentes tais como: - óxido de cálcio livre, - óxido de magnésio, - sulfato de cálcio. Tabela 19 - Ensaio de expansibilidade DETERMINAÇÕES VALORES VALORES ESPECIFICADOS/CLASSE EXPANSIBILIDADE (mm) OBTIDOS 32,5 N 32.5 R 42,5 N 42.5 R 52,5 N 52.5 R 0,75 10 [Fonte: Autor] 2.3 Formulação da composição do betão Estudo em laboratório A composição do betão deve ser seleccionada de maneira a satisfazer os critérios de comportamento para o betão fresco e endurecido, incluindo a consistência, densidade, 49/125

57 resistência, durabilidade e protecção das armaduras contra a corrosão. Também deve permitir obter uma trabalhabilidade compatível com o método de construção a utilizar. Deve ser estudada de modo a minimizar a possibilidade de segregação e exsudação do betão fresco. Em todos os casos o betão deve satisfazer os requisitos básicos indicados nas cláusulas 5.2 a 5.10 da norma NP ENV 206. Estudo da composição do betão pelo método de curva de referência de Faury Método de Faury Fundamentação da escolha Este método é um dos mais utilizados devido ao seu alto rendimento. Ele permite determinar a melhor proporção de cada um dos componentes sólidos do betão, de modo que a curva real daí resultante se aproxime a curva de referência. O método de Faury tem em conta os seguintes parâmetros: A consistência do betão; A forma do agregado; O raio médio do molde e da malha onde vai ser lançado o betão; Efeito parede. Neste método as percentagens de materiais constituintes são consideradas em volumes e não em pesos, isto porque a compacidade é uma noção relacionada com o volume. As características do molde e da malha onde o betão vai ser lançado traduzem-se pela consideração do raio médio do molde. A curva de referência de FAURY (também chamada curva ideal ou teórica) corresponde à consideração do agregado mais o cimento e é constituída por dois segmentos de recta. As ordenadas tem uma escala linear e as abcissas, que começam em 0,0065mm tem uma escala proporcional à raiz quinta das dimensões das partículas. Com auxílio do programa BECOMP software desenvolvido pelo LNEC, utilizado na determinação das proporções dos agregados e do cimento para a mistura do betão, fez o cálculo da máxima dimensão do inerte do betão efectuado segundo o ACI/ASTM (10%). Máxima dimensão dos inertes: Areia Mec: 4.76 mm Brita: 25.4 mm Módulo de finura dos inertes: Areia Mec: Brita: 4.08 mm 7.58 mm 50/125

58 Módulo de finura da curva de Faury: Máxima dimensão do betão: mm Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Tendo em conta a forma do inerte e a consistência do betão pode se definir os parâmetros da curva de Faury: A: 26 B: 1.5 R/D 1.0 Tabela 20 Resumo da composição do betão estudo em laboratório Dosagens por m 3 em 30 litros Areia Mec Brita Cimento Água kg kg kg litros 35.1 kg 22.1 kg 9.0 kg 6.3 litros Relação A/C 0,656 [Fonte: Autor] Divíduo a natureza do inerte, e a sua capacidade de absorção de água foi preciso fazer uma correcção em relação a quantidade de água na amassadura. (relacionar com a trabalhabilidade). 2.4 Técnica utilizada na produção e colocação do betão em obra É de salientar que toda a betonagem do estádio (cerca de 8000 m3) foi feita no local, in situ. Para a produção do betão foram utilizadas misturadoras semi-automáticas de eixo horizontal, com capacidade de 0,35 m3 por cada ciclo de amassadura, figura 21. Quanto ao transporte e colocação do betão em obra, utilizaram carrinhos de mão, dumper, elevador e grua móvel como indica as figuras 24, 25, 26 e 27 respectivamente. Relativamente a compactação do betão em obra, foi utilizada vibrador de potência média. É importante referir que durante a betonagem das bancadas, não houve interrupção na produção do betão, ou seja, a betonagem é feita continuamente, atingindo uma duração de 72 horas sem paragens, a fim de evitar juntas de betonagem. Juntas de betonagem Entende-se por junta de betonagem a ligação entre o betão endurecido e o betão fresco. 51/125

59 As juntas de betonagem são zonas onde há grandes possibilidades de serem geradas patologias como a fissuração, dai abre o caminho para sucessão de possíveis patologias como a corrosão de armadura Amassadura A amassadura do betão tem por objectivo cobrir a superfície de todas as partículas de todas as partículas do inerte com a pasta de cimento, e misturar todos os componentes do mesmo de forma a ter uma massa homogénea. Geralmente, a amassadura é realizada com recurso a betoneira. A descarga do betão da betoneira deve ser feita de forma a não afectar a sua uniformidade. Como regra geral, a ordem de introdução dos materiais que compõem o betão, começa se pelos inertes grossos até os mais finos, seguido de cimento e por fim a água, mas o que se notou no processo da produção do betão em obra do ENCV, é que começaram pela introdução da água, num balde introduziram-se cimento, em seguida deitaram areia e por fim a brita fig. 22. Figura 21 - Equipamentos utilizados na produção do betão misturadoras semi-automáticas [Fonte: Autor] De entre os vários equipamentos de maior ou menor grau de sofisticação e capacidade pode se distinguir as betoneiras simples e as misturadoras automáticas. As primeiras são utilizadas para a obtenção de volumes pequenos de betão em cada ciclo de amassadura. 52/125

60 Figura 22 Balde da misturadora, colocação dos componentes do betão [Fonte: Autor] Localização da betoneira Localização da betoneira Escala aproximada: 1:2500 Figura 23 Ilustração da área a betonar e a respectiva localização das misturadoras [Fonte: Autor] Transporte Existem diversos métodos de transporte do betão da betoneira para o local de aplicação. A escolha do método depende da quantidade do betão a transportar e das considerações económicas. Dos diversos equipamentos de transporte, realço os seguintes: carinhos de mão, baldes de grua, dumper. Um outro equipamento de especial importância utilizada para o transporte em altura é uma monta carga ou elevador. 53/125

61 Procurou se instalar a betoneira em pontos estratégicos (ver figura 23), onde poderá evitar percurso em distâncias consideráveis onde pode provocar endurecimento precoce do betão. Está localização permitirá através dos equipamentos de transporte ilustrados nas figuras 24, 25, 26 e 27 um transporte adequado do betão sem que haja segregação do betão, mas também ela poupa recursos durante betonagem da obra. Figura 24 - Dumper [Fonte: Autor] Figura 25 Carinho de mão Figura 26 - Grua móvel Figura 27 - Elevador [Fonte: Autor] 54/125

62 Figura 28 Equipamentos de transporte [Fonte: Autor] Colocação e compactação As operações de colocação e compactação são interdependentes sendo executados quase em simultâneo. Estas têm influência directa na resistência e durabilidade do betão endurecido na estrutura final. Uma adequada compactação é um dos factores que influência fortemente a resistência e durabilidade das estruturas de betão, sendo particularmente muito importante para o betão superficial. A colocação do betão em obra é duma forma convencional, ou seja, lançamento do betão da forma corrente (através de carrinho de mão, ou balde do elevador móvel). Na sua colocação em obra teve sempre uma preocupação de evitar o lançamento do betão a partir uma certa altura. Quando não foi possível respeitar a altura máxima recomendada para o lançamento do betão, adoptariam outros métodos de lançamentos como se vê a figura 29. Recomendações Durante a colocação do betão, o técnico de obra deve ter a preocupação de fazer com que o betão seja lançado se possível sempre na posição final ou o mais próximo dela, de modo a evitar a segregação e garantir uma compactação adequada, contribuindo para obtermos um betão durável. No processo de compactação do betão por vibração consiste essencialmente na eliminação do ar preso, permitindo uma maior aproximação entre as partículas. Este processo depende da qualidade de mão-de-obra. 55/125

63 Figura 29 Ilustração do lançamento do betão em obra [Fonte: Autor] Figura 30- Compactação do betão numa viga alta utilizando vibrador Figura 31 Compactação do betão na bancada utilizando vibrador Fonte: Autor A compactação do betão em obra, fez-se através de vibradores de potência média, cuja agulha tem um diâmetro de 5 cm e o comprimento de 35 cm. Figura 32 Agulha do vibrador Fonte: Autor 56/125

64 2.5 Análise do betão produzido em obra Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Ensaios realizados no betão fresco São diversos os ensaios que podem ser realizados no betão fresco, para conhecer as suas propriedades e prever qual seria a sua resistência aos 3, 7 e 28 dias. Ainda não foi possível descobrir um processo de medir a trabalhabilidade. É apenas possível medir algumas características com ela relacionadas, que se traduz, na prática pelos ensaios que se seguem: Ensaios de abaixamento Ensaios Vêbê Grau de compactabilidade Ensaio de mesa de espalhamento NP EN NP EN NP EN NP EN Ensaio de abaixamento O betão fresco é compactado no interior do molde figura 32, em seguida tira se o molde subindo-o, o abaixamento do betão estabelece a medida da sua consistência. Só se aplica este ensaio para betão cuja máxima dimensão do inerte é de 40mm, obtendo um abaixamento entre 10mm e 200mm. Se em 1 minuto após a desmoldagem, o abaixamento continuar a variar, este ensaio não é adequado para medição da consistência. Toda a operação de desmoldagem em 5s a 10s, através de movimento firme para cima sem transmitir movimentos laterais ou torsionais ao betão. Desde o inicio do enchimento ate à remoção do molde, sem interrupção, deve ter aproximadamente 150s. Figura 33 - Equipamento para o ensaio de abaixamento, cone de Abrans [Fonte: Autor] 57/125

65 Tabela 21 Classes de abaixamento Classe Abaixamento (mm) Betão utilizado na construção do Estádio Nacional S1 10 a 40 S2 50 a 90 *S3 100 a 150 S4 > 160 (160 a 210) S5 > 220 * Classes recomendadas pela norma NP ENV 206 Fonte: COUTINHO, Joana de Sousa; NP EN Ensaios no betão fresco, (pag. 10) Figura 34 Ensaio de consistência (cone de Abrans) [Fonte: Autor] O abaixamento do betão através do ensaio de cone de Abrans é de 128 mm. Pode ser enquadrada na classe S3, conforme a tabela Ensaio Vêbê Este ensaio não se aplica ao betão em que a dimensões máximas do inerte exceda os 63 mm. Se a trabalhabilidade Vêbê for menor que 5s e maior que 30s, o betão tem uma consistência para medição da qual o ensaio Vêbê não é adequado. O betão fresco é compactado dentro de um molde de ensaio de abaixamento (ver fig. 3). O molde é removido na vertical e um disco transparente é colocado em cima do betão e baixado cuidadosamente até entrar em contacto com o betão. Regista-se o abaixamento do betão. Liga a mesa vibratória fig. 35, e mede o tempo (tempo Vêbê) necessário para que a face interior do disco transparente fique totalmente em contacto com a pasta de cimento. 58/125

66 Figura 35 - Equipamento de ensaio Vêbê Fonte: COUTINHO, Joana de Sousa; NP EN Ensaios no betão fresco Ensaio de compactabilidade Este ensaio não se aplica ao betão em que a dimensões máximas do inerte exceda os 63 mm. Se o grau de compactabilidade for inferior a 1,04 e superior a 1,46, o betão tem uma consistência que não é determinável por este ensaio. O betão fresco é colocado cuidadosamente num recipiente, com a ajuda de uma colher, de forma a evitar qualquer compactação. Quando o recipiente estiver cheio, a superfície superior é rasada ao nível do bordo superior do recipiente. O betão é compactado por vibração sendo o grau de compactabilidade medido pela distância entre a superfície do betão compactado e o bordo superior do recipiente. O grau de compactabilidade c é expresso pela fórmula: é a altura interior do recipiente, em milímetros: é o valor médio, com aproximação ao milímetro, das quatro distancias entre a superfície do betão compactado e o bordo superior do recipiente. O resultado deve ser arredondado às centésimas. 59/125

67 Ensaio da mesa de espalhamento Este ensaio permite determinar a consistência do betão fresco através do espalhamento do betão numa mesa plana sujeita a pancadas. O betão é colocado no molde no centro da mesa em 2 camadas apiloadas (10 pancadas). É retirado do molde e levantada a placa superior através da pega todos os 2 a 5 s, 15 vezes. O diâmetro de espalhamento determinase pela média dos dois diâmetros medidos. Figura 36 - Equipamento de mesa de espalhamento [Fonte: COUTINHO, Joana de Sousa; NP EN Ensaios no betão fresco ] Ensaios realizados no betão endurecido Uma forma de conhecer e uma das propriedades do betão, resistência mecânica, ou seja, o valore característico da tensão de rotura betão em obra é através ensaios. Dos diversos métodos de ensaio para a determinação da tensão de rotura, na fase de construção o mais vulgar é a determinação da resistência à compressão através de rebentamento de provetes Resistência à compressão dos provetes Os provetes para determinação da tensão de rotura característica do betão, conservados conforme indicado na especificação sobre colheita de amostra e preparação de provetes, devem ser ensaiados saturados, logo após serem retirados da sala de conservação. Os ensaios de resistência à compressão dos provetes foram realizados de acordo com o procedimento descrito em anexo C. 9. De acordo com os dados da tabela 22, o provete ensaiado possui características de um betão B30. 60/125

68 Figura 38 Pesagem do provete Pode-se ver que o provete atingiu a rotura, e ela deu-se a partir dos vértices mostrando que o betão está homogéneo. Figura 37 Rotura do provete Tabela 22 Ensaio de rebentamentos de provetes ENSAIOS DE BETÃO À COMPRESSÃO (CUBOS DE 15X15X15 cm3) Área cm² Volume cm³ IDENTIFI- CAÇÃO DO PROVETE DATA Densidade IDADE Peso (g) (DIAS) Fabrico Ensaio (g/cm3) CARGA (KN) ROTURA TENSÃO (MPa) ,71 724,7 32, ,72 942,1 41, ,65 854,5 38,0 [Fonte: Autor] 61/125

69 Ensaio esclerométrico Betão utilizado na construção do Estádio Nacional O esclerómetro (fig. 39 e 40) é um aparelho que permite obter in situ, de uma forma simples e não destrutiva, a resistência à compressão de elementos de betão. Por se tratar de um ensaio de resistência superficial, os valores obtidos são apenas representativos de uma camada até 5 cm de profundidade. No entanto, o ensaio é útil para avaliar a homogeneidade do betão, verificar se existe um determinado nível mínimo de resistência e decidir sobre a necessidade de fazer ensaios mais completos. A tensão de rotura à compressão, referente a provetes cúbicos ou cilíndricos, é estimada com base na sua correlação com o índice esclerométrico. Este ensaio não substitui a determinação da tensão de rotura à compressão através de provetes cilíndricos, em laboratório. Figura 40 - Esclerómetro digital Figura 39 Esclerómetro manual [Fonte: Autor] Para a determinação da resistência do betão em obra, através do ensaio esclerométrico, foi escolhida quatro peças (pilar, viga, laje e escada), para a determinação média da resistência do betão. Figura 41 Graduação do esclerómetro manual 62/125

70 Figura 42 Ensaio esclerométrico num pilar [Fonte: Autor] Figura 43 Apresentação do resultado do ensaio esclerométrico [Fonte: Autor] Pode se afirmar, que o betão produzido na obra possui uma boa resistência mecânica, pois analisando o caderno de encargo pode destacar que a resistência do betão utilizado em obra é muito superior a exigida no caderno de encargo, B30. Também pode-se concluir que o betão produzido em obra, aparente ter uma boa qualidade, devidas as precauções durante as várias etapas da sua produção. Precauções essas que reflectem directamente na qualidade e durabilidade que a obra possa ter. A tabela 23 resume-se os valores da tensão de rotura à compressão do betão com idade entre 175 e 182 dias. Foi escolhida oito pontos, cada uma com uma área aproximada de 0,16 m 2. 63/125

71 Peça Pilar 1 (ponto 1) Pilar 1 (ponto 2) Direcção do impacto Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Tabela 23 Valores tensão de rotura à compressão Valor máximo da tensão de rotura (MPa) Valor mínimo da tensão de rotura (MPa) Valor médio da tensão de rotura (MPa) Desvio padrão Pilar Escada Viga Laje Viga Viga Cura do betão [Fonte: Autor] Para que obtenhamos do betão, as propriedades potenciais esperadas, em especial na zona superficial, é necessária uma cura e uma protecção adequada durante um período conveniente. A cura é uma designação dada aos procedimentos utilizados para promover a hidratação do cimento e, portanto, o desenvolvimento da resistência do betão. As condições do ambiente, especialmente a temperatura e a humidade, podem afectar decisivamente a resistência mecânica do betão. De facto, o betão após a presa do cimento continua a ganhar resistência desde de que não falte água necessária para a continuação das reacções de hidratação Importância de uma cura A cura do betão destina se para prevenção da secagem prematura devido ao vento e à radiação solar Outro objectivo da cura a é manter o betão o mais saturado possível, até que os espaços inicialmente preenchidos por água na pasta de cimento fresca, tenham sido ocupados pelos produtos da hidratação do cimento.. 64/125

72 2.6.2 Métodos de cura Betão utilizado na construção do Estádio Nacional A cura pode ser feita cobrindo o betão com filmes plásticos, cobertores húmidos, aspersão com água e com aplicação de compostos de cura. Estes métodos podem ser utilizados separadamente ou combinados. Para a obra do ENCV, a cura do betão foi feita através de aspersão com água. A tabela 19 indica os tempos mínimos de cura para as classes de exposição 2 a 5ª, conforme o desenvolvimento da resistência e em função da temperatura do betão, a existência de sol, vento e humidade. Tabela 24 Tempos mínimos de cura, em dias, para as classes de exposição 2 e 5a Desenvolvimento da resistência do betão Rápido Médio Lento Temperaturas do betão durante a cura (ºC) Condições ambientais durante a cura I Ausência de exposição do e humidade relativa do ar envolvente não inferior a 80% II Exposição a um sol médio ou a vento de velocidade média ou a humidade relativa não inferior a 50% III Exposição a sol intenso ou a fortes ventos ou a humidade relativa inferior a 50% 65/ Duração mínima da cura, em dias Fonte: SAMPAIO, Joaquim; PROENÇA, Ana Maria; MOREIRA, A. Tavares; RIBEIRO, M. Alves, Projecto de estruturas de betão: Regulamentação de betões e cimentos 2.7 Durabilidade A obra em questão tem um prazo de uso de 50 anos. Para alcançar está idade é preciso empregar materiais adequados (principalmente materiais associados a estrutura), respeitar as normas do projecto, prevenir e reparar as patologias que possam surgir ao longo da sua utilização. Sendo o betão o material determinante na durabilidade da obra, e para produzir um betão durável, que proteja as armaduras contra a corrosão e suporte satisfatoriamente as condições ambientais e de serviço a que está exposto durante o tempo de vida útil previsto, devem ser tomados em consideração os seguintes factores: Escolha dos constituintes adequados, que não contenham elementos prejudiciais que afectam a durabilidade do betão e provoquem a corrosão das armaduras.

73 Escolha de uma composição tal que o betão: Betão utilizado na construção do Estádio Nacional - Satisfaça todos os critérios os critérios de comportamentos estabelecidos pela norma no betão fresco e endurecido (ver tópico e respectivamente). - Possa ser colocado e compactado de modo a formar um revestimento denso das armaduras (fig. 44 e 45). - Suporte das acções internas. - Suporte das acções externas, por ex., influências do ambiente tais como clima, gases e líquidos. Ataques mecânicos, por ex., abrasão. Amassadura, colocação e compactação do betão fresco de modo a que os constituintes do betão estejam distribuídos uniformemente na massa, sem segregação, e o betão adquira uma estrutura fechada. Cura do betão de modo que a zona superficial (recobrimento das armaduras) adquira as propriedades potenciais que se esperam da composição. Figura 44 - Aspecto aparente do betão estrutural [Fonte: Autor] 66/125

74 Figura 45 - Aspecto aparente do betão estrutura das bancadas [Fonte: Autor] 67/125

75 Considerações finais Este trabalho consiste numa intensa investigação que teve por base uma consulta bibliográfica feita no Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde incidindo sobre a composição do betão, a produção, o transporte, a colocação em obra, a compactação e a cura do betão. O principal objectivo deste trabalho foi conhecer as propriedades do betão utilizado no Estádio Nacional de Cabo Verde, nomeadamente a sua composição, as suas características mecânicas e, assim, verificar até que ponto a qualidade do betão produzido no estaleiro está de acordo com os resultados dos ensaios laboratoriais, sabido que a vida útil de uma obra depende da qualidade dos materiais nela empregues. Importa salientar diversas questões, em forma de considerações finais, a seguir apresentadas: É de extrema importância conhecer e definir os materiais componentes do betão, visto que as propriedades do betão dependem das propriedades dos materiais que o compõem. Seja para qual for a dimensão da obra, é recomendável um estudo da composição do betão, pois ele permite não só obter-se um betão com maior resistência e, consequentemente, com melhor qualidade e maior durabilidade. Permite, também, determinar a quantidade adequada de cada componente para se obter uma mistura homogénea, além de influenciar fortemente no custo de produção do betão. Uma nota muito importante, deixada neste trabalho, é que a formulação da composição do betão e consequentemente os estudos dos materiais que o compõem é um factor que permite obtermos um betão com maior resistência e consumo de cimento adequado. Para se obter uma obra com qualidade e durabilidade não basta a qualidade do material. É precisa a sua colocação em obra de forma correcta e de acordo com as normas e exigências locais. As condições de exposições ambientais de Cabo Verde, são condições típicas de ambientes agressivos, pois a proximidade do mar implica a presença no ar de cloretos e sais que podem atacar as estruturas de betão causando-lhes graves patologias. A caracterização do inerte é um factor de extrema importância no que tange a composição do betão, pois pode nesta fase introduzir melhorias como por exemplo: neste estudo prática o betão podia apresentar melhores características caso fossem introduzidos agregados com dimensões intermédias. 68/125

76 A caracterização do inerte também permite ajustar a relação A/C na amassadura, visto que a falta de água no betão, que pode ser provocada pela retracção do inerte ou água em quantidade insuficiente, impossibilita a conclusão da hidratação do cimento, comprometendo a resistência mecânica do betão. Por outro lado, o excesso de água na amassadura, poderá afectar a resistência e permeabilidade do betão, pois após a conclusão da hidratação do cimento haverá uma percentagem de água livre no betão, ocupando espaços que, no processo de evaporação através da superfície poderá abrir caminho para a entrada dos agentes agressivos. Após a conclusão da consulta bibliográfica constatamos que dos vários tópicos desenvolvidos ao longo deste trabalho, que a produção do betão é um processo complexo e dependente de vários factores que poderão afectar a sua qualidade e durabilidade. De entre estes factores destacamos a qualidade dos materiais componentes, a relação A/C, as condições ambientais, a colocação em obra e o tempo e condições de cura. O betão produzido no estaleiro possui características semelhantes ao betão produzido no laboratório. 69/125

77 Bibliografia COUTINHO, A. De Sousa, Fabrico e Propriedades do betão, 4ª ed., Lisboa, 2006, vol. I COUTINHO, A. De Sousa, Fabrico e Propriedades do betão, 4ª ed., Lisboa, Setembro de 1973, vol. I COUTINHO, Joana De Sousa, Materias de construção 2 1ª parte Ligantes e caldas ed., Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, 2006, FREIRA, Rui Miguel, Avaliação de Ensaios de Durabilidade do Betão, Guimarães, Setembro 2010 NP EN Norma Portuguesa: especificação, desempenho, produção e conformidade EUROCODIGO 2 Projecto de estruturas betão SAMPAIO, Joaquim; PROENÇA, Ana Maria; MOREIRA, A. Tavares; RIBEIRO, M. Alves, Projecto de estruturas de betão: Regulamentação de betões e cimentos, Faculdade de engenharia do Porto, /125

78 Apêndice 71/125

79 A Componentes do betão Betão utilizado na construção do Estádio Nacional A.1 Caracterização dos inertes A.1.1 Análise granulométrica A.1.2 Ensaio de desgaste Los Angeles A.1.3 Determinação de massas volúmicas e de absorção de águas de britas e godos A.1.4 Determinação de massas volúmicas da areia A.2 Propriedades da água de amassadura do betão A.2.1 Ensaios físicos e químicos da água de amassadura A.3 Caracterização do cimento Ensaios físicos do cimento A.2.1 Determinação do peso específico A.2.2 Determinação do resíduo de peneiração A.2.3 Tempo de presa A.2.4 Expansibilidade B Estudo da composição e Análise da resistência do betão B.1 Determinação das proporções na mistura B.2 Determinação da consistência do betão ensaio de abaixamento B.3 Ensaio a compressão dos provetes B.4 Ensaios com esclarómetro 72/125

80 % de material que passa A.1 Caracterização dos inertes Betão utilizado na construção do Estádio Nacional A.1.1 Análise granulométrica Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Estudos da Composição do betão CURVA GRANULOMÉTRICA Metodologia de ensaio adoptada: NP ENTIDADE REQUISITANTE: Adérito Martins Areia Mecânica - ITP IDENTIFICAÇÃO DA AMOSTRA: Data: Peso Total da amostra: 2115 gr MALHA mm RETIDUO RETIDUOS ACUMULADOS % CURVA GRANULOMÉTRICA Água de molhagem % PENEIRO Coeficientes g % Passado Retido Rolado Britado *3/8" 9,52 100,0 0 1,3 2,8 *n.º 4 4,76 7,5 0,4 99,6 0,4 2,3 5,0 *n.º 8 2,38 866,0 40,9 58,7 41,3 4,0 8,6 *n.º 16 1,19 846,0 40,0 18,7 81,3 7,0 12,3 *n.º 30 0,59 206,0 9,7 9,0 91,0 10,0 17,2 *n.º 50 0,297 80,5 3,8 5,2 94,8 13,0 24,6 *n.º 100 0,149 46,5 2,2 3,0 97,0 20,0 26,0 n.º 200 0,074 17,5 0,8 2,1 97,9 26,0 28,0 Refugo - 45,0 2,1 0,0 100,0 26,0 28,0 Total 405,9 Módulo de finura 4,06 Os peneiros marcados com asteriscos são os usados no cálculo de módulo de finura Inerte ,01 0,10 1,00 aberturas em mm 10,00 100,00 73/125

81 % de material que passa Betão utilizado na construção do Estádio Nacional PENEIRO Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Estudos do betão CURVA GRANULOMÉTRICA Metodologia de ensaio adoptada: NP ENTIDADE REQUISITANTE: Adérito Martins Brita - ITP IDENTIFICAÇÃO DA AMOSTRA: Data: Peso total da amostra: 5369 gr MALHA mm RETIDUO RETIDUOS ACUMULADOS % Água de molhagem % Coeficientes INERTE gr % Passado Retido Rolado Britado 4" 101,6 0,12 0,13 *3" 76,2 0,16 0,23 2" 50,8 0,20 0,28 *1"1/2 38,1 0,24 0,44 1" 25,4 494,5 9,2 90,8 9,2 0,39 0,60 *3/4" 19, ,3 40,5 59,5 0,55 1,10 1/2" 12,7 1938,5 36,1 4,4 95,6 0,92 1,60 *3/8" 9, ,2 1,2 98,8 1,3 2,8 *n.º 4 4, ,19 1,0 99,0 2,3 5,0 *n.º 8 2,38 7,0 0,13 0,86 99,1 4,0 8,6 *n.º 16 1,19 4,5 0,08 0,77 99,2 7,0 12,3 *n.º 30 0,59 8,0 0,15 0,62 99,4 10,0 17,2 *n.º 50 0,297 3,5 0,07 0,56 99,4 13,0 24,6 *n.º 100 0,149 6,0 0,11 0,45 99,6 20,0 26,0 n.º 200 0,074 6,5 0,12 0,33 99,7 26,0 28,0 Refugo - 17,5 0,33 0,00-26,0 28,0 Total 754,1 Módulo de finura 7,54 Os peneiros marcados com asteriscos são os usados no cálculo de módulo de finura CURVA GRANULOMÉTRICA ,01 0,10 1,00 10,00 100,00 aberturas em mm 74/125

82 A.1.2 Ensaio de desgaste Los Angeles Betão utilizado na construção do Estádio Nacional OBRA: Requisitante: Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Estudos do betão Ensaio de desgaste "LOS ANGELES" Metodologia de ensaio adoptada: Especificação LNEC E 237 Estádio Nacional Adérito Martins TIPO DE MATERIAL 75/125 Brita 2 - Grossa GRANULOMETRIAS DE ENSAIO ADOPTADAS A Formulário Massas (gr) 1" 1255,0 retidas 3/4" 1255,0 M=M 1 -M 2 (gr) nos peneiros 1/2" 1257,0 (ASTM) 3/8" 1250,0 D=M/M TOTAIS Antes do ensaio (M 1 ) 5017,0 (gr) Depois do ensaio(m 2 ) 4497,0 Desgaste "Los Angeles" (%) 10,4 Fuso Granulométrico (Aberturas ASTM) Identificação da Amostra: Composições granulométricas dos provetes e Massas (gr) a utilizar no ensaio de desgaste Passa Retém A B C D E F G 3" 2 1/2" 2 1/2" 2" 2" 1 1/2" /2" 1" " 3/4" /4" 1/2" /2" 3/8" /8" 1/4" /4" Nº Nº 4 Nº TOTAIS Massas Rotações Esferas Data: O Técnico Exp: Adérito Martins Engª Resp:

83 A.1.3 Determinação de massas volúmicas e de absorção de águas de britas e godos Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Estudo do betão Inerte - Determinação do Peso Específico, Baridade e Absorção Metodologia de ensaio adoptada: NP Entidade Requisitante: Obra: Estádio Nacional Adérito Martins Identificação da Amostra: Brita ITP Data: T A B C G A/(A-B)xG C/(A-B)xG C/(C-B)xG (A-C)/Cx100 Temperatura da água Peso da amostra saturada com a superfície seca Peso da amostra saturada dentro da água Peso da amostra seca Densidade relativa da água à temperatura de ensaio Peso específico das partículas saturadas com a superfície seca Peso específico das partículas secas Peso específico das partículas impermeáveis Absorção Baridade ºc 26 gr 5848,4 gr 4002,6 gr 5362,0-0,997 Kg/m Kg/m Kg/m % 9,1 Kg/m3 OBS: O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Responsável, Adérito Martins 76/125

84 A.1.4 Determinação de massas volúmicas da areia Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Estudo do betão Inerte - Determinação da massa Volúmica Metodologia de ensaio adoptada: Especificação LNEC E 248 Entidade Requisitante: Obra: Estádio Nacional Adérito Martins Identificação da Amostra: Areia Mecânica Data: M Massa da amostra seca gr 550 V i Volume inicial de água ml 200,0 V f Volume final de água ml 396,0 V=Vi-Vf Volume de água deslocada ml 196,0 G=M/V Massa volúmica das partículas sólidas kg/m OBS: O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Responsável, Adérito Martins 77/125

85 A.2 Propriedades da água na amassadura do betão A.2.1 Análise física e química da água Betão utilizado na construção do Estádio Nacional 78/125

86 A.3 Caracterização do cimento A.3.1 Determinação do peso específico Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Estudo do betão Cimento: - Determinação do peso específico Metodologia de ensaio adoptada: Especificação LNEC E Entidade Requisitante: Obra: Estádio Nacional Adérito Martins Identificação da Amostra: Cimento Data: V Volume da célula cm 3 21,1 θ Temperatura a que foi realizado o ensaio ºC 22 P Peso do material introduzido na célula gr 65 Peso específico do material g/cm 3 3,08 OBS: O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Responsável, Adérito Martins 79/125

87 A.3.2 Granulometria do cimento Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Estudo do betão Cimento - Determinação do Resíduo de Peneiração Metodologia de ensaio adoptada: Especificação LNEC E Entidade Requisitante: Obra: Estádio Nacional Adérito Martins Identificação da Amostra: Cimento Data: Peso do material utilizado na peneiração Determinações 1º gr 0,0559 2º gr 0,0467 3º gr 0,0479 Soma gr 0,1505 Média gr 0,0502 Resíduo de peneiração % 0,100 Valores obtidos 50 g OBS: O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Responsável, Adérito Martins 80/125

88 A.3.3 Ensaio de presa de amassadura Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Água de amassadura: 30% Ensaio de presa AMASSADURA Temperatura ºC Ambiente: 22,5 Da água: 24 Da pasta: 21 Pasta conservada no ar húmido Hora que se efectuou a amassadura: 12:09 h Presa Hora Tempo Rubrica Começo 13:59 1h:50 Fim Temperatura de conservação Pasta conservada em imersão Hora a que se efectuou a amassadura Presa Hora Tempo Rubrica Começo Fim Temperatura de conservação Técnico/Experimentador 81/125

89 A.3 Quadro resumo dos ensaios realizados no cimento Betão utilizado na construção do Estádio Nacional LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE DEPARTAMENTO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Entidade Requisitante: Adérito Martins Material: Cimento Portland Tipo CEM II/A - L 42,5 R Identificação: Amostra de 30 Kg (Entrado no LEC no dia ) BOLETIM DE ENSAIO MATERIAL ENSAIADO: CIMENTO NORMA: EN (2001) DETERMINAÇÕES VALORES VALORES ESPECIFICADOS/CLASSE OBTIDOS 32,5 N 32.5 R 42,5 N 42.5 R 52,5 N 52.5 R TENSÃO DE ROTURA 2 DIAS 5,9 POR FLEXÃO 7 DIAS (Mpa) TENSÃO DE ROTURA 28 DIAS 2 DIAS 7,5 33,8 POR COMPRESSÃO 7 DIAS 16 (Mpa) MASSA VOLÚMICA (g/cm3) RESÍDUO DE PENEIRAÇÃO (%) SUPERFÍCIE ESPECÍFICA (cm2/g) EXPANSIBILIDADE (mm) PRINCÍPIO DE PRESA (min) 28 DIAS 45,8 3,08 0, ,0 10,0 20,0 20,0 30,0 32,5 52,5 42,5 62,5 52,5 0, Observações: Boletim de ensaio definitivo com resultados de resistência à flexão e compressão aos 28 dias, apresentando características próprias da classe 42,5 R, tipo CEM II/A-L. Praia, 06 de Julho de 2011 O Técnico / Experimentador, Adérito Martins A Engenheira Responsável, 82/125

90 B Composição e análise da resistência do betão B.1 Determinação da proporção para a mistura Betão utilizado na construção do Estádio Nacional LABORATORIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL Núcleo de Aglomerantes e betões LABORATÓRIO DE ENGENHARIA DE CABO VERDE PROGRAMA BECOMP: Cálculo da composição de um betão Cliente: Adérito Martins Obra: Projecto Monográfico Betão: B30 Destina-se a um betão armado sujeito à classe de exposição 4a segundo a NP ENV 206 Consistência inicial de: 0.0 cm Consistência final aos minutos: 0.0cm ENTRADA DE DADOS: Número de inertes: 2 Malha do primeiro peneiro que retém material: mm Granulometria dos inertes (% que passa nos peneiros): = Areia Mec: Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: % % % % 99.00% 58.00% 8.00% 9.00% 5.00% 2.00% 2.00% 83/125 C:\BECOMP\ADÉRITO.RSL Pág.1

91 = Brita: Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: 90.00% 40.00% 4.00% 1.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% Dosagem de cimento: kg/m 3 Aditivos: 0.00 kg/m 3 Massas volúmicas dos inertes no estado (kg/m 3 ): Areia Mec: Brita: Cimento: Água de amassadura: litros/m 3 Volume de vazios arbitrado: 15.0 litros/m 3 Parâmetros da curva de Faury: A: B: R/D: Resultados: Cálculo da máxima dimensão do inerte do betão efectuado segundo o ACI/ASTM (10%). Máxima dimensão dos inertes: Areia Mec: Brita: mm mm Módulo de finura dos inertes: Areia Mec: Brita: mm mm Módulo de finura da curva de Faury: /125 C:\BECOMP\ADÉRITO.RSL Pág.2

92 Volume de vazios: 0.0 litros/m 3 Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Máxima dimensão do betão: mm Percentuais dos componentes sólidos: Areia Mec: Brita: Cimento: 53.77% 32.82% 13.41% Dosagem por m 3 de betão: Areia Mec: Brita: Cimento: Água: kg kg kg litros Massa volúmica do betão: 2438,7 kg/m3 Relação água/ligante (a/c): Granulometria da curva real do betão: (comparação com a de referencia) Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de mm: mm: mm: mm: mm: <=> passa % <=> passa % <=> passa % <=> passa % <=> passa % (100.00%) (100.00%) (100.00%) (100.00%) (100.00%) Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de Peneiro de mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: mm: <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa <=> passa 96.72% 80.31% 68.49% 67.51% 66.97% 44.60% 23.09% 18.25% 16.09% 15.02% 14.48% (100.00%) (84.79%) (64.47%) (59.84%) (49.74%) (40.95%) (33.30%) (26.57%) (20.83%) (15.81%) (11.37%) Erro médio por peneiro da solução obtida: 7.15% Dosagens para uma amassadura de 30.0 litros: Areia Mec: 35.1 kg Brita: 22.1 kg Cimento: 9.0 kg Água: 6.3 litros Massa total da Amassadura: kg 85/125 C:\BECOMP\ADÉRITO.RSL Pág.3

93 % de material que passa BPC/LLNEC-NAB Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Curvas Granulometricas dos Inertes Cliente: Obra: Betão: Adérito Martins Projecto Monografico B Areia 60 Brita ,01 0,10 1,00 10,00 100,00 Peneiros (abertura da malha em mm) 86/125

94 % de material que passa BPC/LLNEC-NAB Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Curva Real e Teórica do Betão 100 Cliente: Obra: Betão: Adérito Martins Projecto Monografico B30 CURVA GRANULOMÉTRICA D max = mm A= 26 B= Curva de Faury 40 Curva real Erro médio: 7.15% Módulo de finura: ,01 0,10 1,00 10,00 100,00 aberturas em mm Peneiros (abertura da malha em mm) 87/125

95 BPC/LLNEC-NAB Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Curva do Betão e dos Inertes Cliente: Obra: Betão: Adérito Martins Projecto Monografico B D max = mm A= 26 B= Curva de Faury 40 Curva real Erro médio: 7.15% Módulo de finura: ,01 0,10 1,00 10,00 100,00 Peneiros (abertura da malha em mm) 88/125

96 BPC/LLNEC-NAB Betão utilizado na construção do Estádio Nacional Cliente: Obra: Betão: Adérito Martins Projecto Monografico B30 Dosagens por m 3 em 30 litros Areia Mec Brita Cimento Água kg kg kg Litros kg kg 9.60 kg 6.30 Litros 89/125

97 B.2 Resistência a compressão dos provetes Betão utilizado na construção do Estádio Nacional LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE Departamento de Materiais de Construções Entidade: TOP Obra: Estádio Nacional -Pilar de 2º Andar de bancada leste - E12-E7 ENSAIOS DE BETÃO À COMPRESSÃO (CUBOS DE 15X15X15 cm3) Área cm² Volume cm³ IDENTIFI- CAÇÃO DO PROVETE DATA Densidade Fabrico Ensaio IDADE (DIAS) Peso (g) (g/cm3) CARGA (KN) ROTURA TENSÃO (MPa) MEDIA ,71 724,7 32, ,72 942,1 41, ,65 854,5 38,0 37,4 Praia, 12 de Julho de 2011 O Técnico / Experimentador, Adérito Martins A Engenheira Responsável, Isulete Gomes 90/125

98 B.3 Ensaio esclarométrico 91/125

99 92/125

100 93/125

101 94/125

102 Anexos 95/125

103 C Fichas e procedimentos de ensaio Betão utilizado na construção do Estádio Nacional C.1 Análise granulométrica C.2 Ensaio de desgaste Los Angeles C.3 Massa volúmica da areia C.4 Determinação do Massa Volúmica e da Absorção de água em britas C.5 Ensaio de Abaixamento cone de Abrans C.6 Analise física e química da água na amassadura C.7 Determinação do peso específico do cimento C.8 Análise granulométrica do cimento determinação do resíduo de peneiração C.9 Análise de resistência do betão Ensaio de compressão C.10 Análise de resistência do betão Ensaio esclerométrico 96/125

104 C Procedimentos de ensaios C.1 Análise granulométrica dos inertes Betão utilizado na construção do Estádio Nacional 97/125

105 98/125

106 99/125

107 C.2 Ensaio de desgaste Los Angeles Betão utilizado na construção do Estádio Nacional 100/125

108 101/125

109 102/125

110 C.3 Massa volúmica da areia 103/125

111 104/125

112 C.4 Determinação do Massa Volumica e da Absorção de água em britas 105/125

113 106/125

114 C.5 Ensaio de Abaixamento cone de Abrans Betão utilizado na construção do Estádio Nacional 107/125

115 108/125

116 109/125

117 110/125

118 111/125

119 C.6 Analise fisica e quimica da água na amassadura 112/125

120 113/125

121 114/125

122 C.7 Determinação do peso específico do cimento Betão utilizado na construção do Estádio Nacional 115/125

123 116/125

124 117/125

125 118/125

126 C.8 Determinação do resíduo de peneiração Betão utilizado na construção do Estádio Nacional 119/125

127 120/125

128 C.9 Análise de resistência Ensaio de compressão de provetes 121/125

129 122/125

130 123/125