Estudo de um betão pesado com agregado ASIC

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1 Encontro Nacional BETÃO ESTRUTURAL - BE2012 FEUP, de outubro de 2012 Luís Filipe Pereira Juvandes 1 Ana Maria Proença Queirós 2 Alexandre Emanuel Pacheco 3 RESUMO O presente artigo expõe os resultados e as conclusões sobre o programa de investigação desenvolvido na FEUP com o fim de estudar a utilização do ASIC (agregado siderúrgico inerte para construção) como um agregado alternativo para betões de ligantes hidráulicos. Visando o aproveitamento de subprodutos industriais de elevada massa volúmica para a confeção de betão pesado, o estudo incide sobre, primeiro, a caracterização do ASIC como um agregado, posteriormente, o estudo de uma composição de um betão pesado, com atributos de durabilidade, ambos obedecendo aos requisitos definidos nas normas NP EN 12620, LNEC E 467 e NP EN em vigor. Por último, é realizada uma comparação de parâmetros de durabilidade com uma publicação sobre a experiência da EDP. Palavras-chave: agregados para betão, ASIC, valorização de resíduos, betão pesado, betão com ASIC 1. BETÃO PESADO No mercado, o betão de elevada massa volúmica superior a 2600 kg/m 3 (betão pesado, segundo norma NP EN [1]), exigido para obras como muros de suporte, barragens gravíticas, antiferes, perfis New Jersey, ensoleiramentos gerais de fundações, edifícios de segurança e isolamentos de radiações, entre outras, poderá implicar um orçamento na ordem de 500 a 700 /m 3 face a um betão corrente cujo valor oscila entre 60 a 70 /m 3. O agregado pesa no orçamento porque recorre à barite, à magnetite e à hematite [2], materiais com massa volúmica superior a 3000 kg/m 3, de difícil exploração, escassos (importados), alguns com alto nível de magnetismo, por isso, de custo elevado em Portugal. Uma alternativa é a reciclagem e/ou valorização dos resíduos industriais pesados, desde que verificada a não perigosidade dos produtos resultantes e que sejam satisfeitos os requisitos mínimos exigidos para a utilização em betões de ligantes hidráulicos. A indústria de produção de aço é geradora de grandes quantidades de resíduos, designados de escórias. Um dos tipos de escória gerada é a escória de forno elétrico de arco que, após processada, origina o agregado siderúrgico inerte para construção 1 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Civil, Porto, juvandes@fe.up.pt 2 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Civil, Porto, aproenca@fe.up.pt 3 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Civil, Porto, ec06039@fe.up.pt

2 (ASIC), de elevada massa volúmica ( 3500 kg/m3) e de custo, na origem, reduzido relativamente aos materiais referidos anteriormente [3]. Neste âmbito, foi iniciado um programa de investigação de colaboração dos Laboratório de Ensaio de Materiais de Construção (LEMC), do Laboratório da Tecnologia do Betão e do Comportamento Estrutural (LABEST), ambos da FEUP, da empresa HARSCO Metals CTS e da Siderurgia Nacional SA com vista a estudar a viabilidade do uso do ASIC como um agregado para betões de ligantes hidráulicos. Desse programa resultaram dois trabalhos, um na perspectiva de avaliar a exequibilidade de um betão com substituição parcial do agregado por ASIC (investigação de Ramos [4]) e outro, o do presente artigo, orientado para um programa experimental com o objetivo de estudar a viabilidade do uso do ASIC em betões densos (investigação de Pacheco [5]). Este programa de investigação vai ao encontro dos novos desafios colocados à engenharia civil de investir em novas soluções construtivas, sustentáveis e económicas com reutilização de subprodutos da indústria. No caso particular, o agregado ASIC, é uma preocupação da Industria Siderúrgica da Maia devido ao volume de produção, critério de armazenamento e necessidade de escoamento no mercado. Este artigo está organizado pelos dois pontos fundamentais do trabalho. Primeiro, é exposto a caracterização do ASIC de acordo com a norma NP EN e especificação LNEC E 467 (incluindo análise química), de forma a avaliar o cumprimento dos requisitos para ser classificado como um agregado para betão pesado. Seguidamente, é detalhado o resultado do estudo de uma composição para um betão pesado, com requisitos de durabilidade, aliada a outros aspectos criteriosos como a combinação de 4 fracções do agregado (0/4, 4/8, 8/16 e 16/32 mm), de uma areia fina, de cinzas volantes, de adjuvante e de cimento CEM I 42,5 R. 2. CARACTERIZAÇÃO DO ASIC Como o ASIC é um subproduto industrial, a sua aplicação na substituição do agregado natural para a confeção de betão de ligantes hidráulicos impõe o cumprimento de vários requisitos especificados em normas nacionais e europeias. Como o presente trabalho enquadra-se num estudo mais alargado, desenvolvido na FEUP e referido anteriormente, sempre que se achar adequado serão referidos os resultados da publicação de Ramos, quer como dados quer como informação comparativa com os resultados obtidos no presente trabalho. Na generalidade, o programa experimental foi desenvolvido no Laboratório de Ensaio de Materiais de Construção da FEUP (LEMC) e o material ASIC usado foi obtido de uma série de produção da Siderurgia Nacional da Maia, gentilmente cedida pela empresa HARSCO Metals CTS, Lda [3][4][5]. 2.1 Requisitos para agregados A avaliação do ASIC (Fig. 1) como um agregado para betões de ligantes hidráulicos conduziu à análise de diversas propriedades, algumas obrigatórias (com requisitos mínimos) e outras facultativas, dependendo da utilização pretendida para este agregado. As propriedades obrigatórias em análise foram estabelecidas, segundo a actual legislação, com base no cumprimento das normas NP EN [6] e LNEC E 467 [7] que estabelecem requisitos mínimos para o uso de agregados em Portugal. Figura 1. Aspeto geral do Agregado Siderúrgico Inerte para Construção (ASIC). 2

3 Juvandes, Queirós e Pacheco No Quadro 1 resumem-se as propriedades, as normas e os requisitos de conformidade considerados na caracterização geométrica, física, mecânica e química do material. Quadro 1. Propriedades vs requisitos dos agregados para betões de ligantes hidráulicos. Propriedades Norma de ensaio Requisitos de conformidade Índice de forma NP EN 933-4:2002 a declarar Índice de achatamento NP EN 933-3:2002 Fl 50 ( 50%) Massa volúmica das partículas NP EN :2003 A declarar Absorção de água (em % da massa seca) NP EN :2003 5% Baridade e volume de vazios NP EN :2002 a declarar (Mg/m 3 ) Resistência á fragmentação - Ensaio de Los Angeles NP EN :2002 LA 50 (50%) Resistência ao esmagamento NP 1039: % Teor de sulfatos solúveis em ácido NP EN :2010 AS 1,0% Teor de cloretos NP EN :2010 a declarar (%) Teor de enxofre total NP EN :2010 S 2,0% s/pirrutite S 1,0% c/pirrutite Reactividade Alcalis-Silica ASTM C :2008 avaliar a reactividade 2.2 Caracterização geométrica, física, mecânica e química A partir do material fornecido pela HARSCO, Ramos [4] determinou a densidade do ASIC (na ordem de 3580kg/m3), o índice de forma (SI), o índice de achatamento (FI) e, em termos de propriedades mecânicas, avaliou a resistência à fragmentação do agregado grosso pelo ensaio de Los Angeles (LA). A análise granulométrica do agregado em estudo foi efectuada de acordo com a norma NP EN 933-1:2000. Visando boa trabalhabilidade, maior compacidade e a maior qualidade possível para o betão pesado, no trabalho de Pacheco [5] o ASIC foi dividido em quatro frações: 0/4mm, 4/8mm, 8/16mm e 16/32mm. Para a construção das curvas granulométricas, foram retiradas amostras representativas de cada fracção de modo a dar uma representação da amostra total do ASIC (norma NP EN 932-2: 2002). O resultado das curvas granulométricas de cada fracção pode ser consultado na publicação de Pacheco, concluindo-se que o ASIC apresenta pouca quantidade de material com granulometria fina, isto é, fração 0/4mm. Em termos de propriedades físicas e mecânicas, para cada uma das quatro frações em estudo, foram medidas as massas volúmicas do material impermeável das partículas (ρ a ), das partículas secas em estufa (ρ rd ) e das partículas saturadas com superfície seca (ρ ssd ). Foram, igualmente, determinadas o valor da absorção de água após a imersão durante 24 h (WA 24 ), a baridade (ρ b ) e a percentagem do volume de vazios (ν). Por último, a partir de uma mostra representativa do material, foi avaliada a resistência ao esmagamento do ASIC. Em consequência dos recursos disponíveis nos laboratórios LEMC/LABEST e do tempo aceitável para o trabalho, foram realizados alguns ensaios químicos, impostos pela norma e que visam a compatibilidade entre materiais e a durabilidade no tempo, no Centro Tecnológico da Cerâmica e do Vidro de Coimbra (CTVC). Destacam-se a avaliação do teor de sulfato solúvel em ácido, que para escórias arrefecidas ao ar tem o limite de 1,0%, do teor de cloretos (C) e do teor de enxofre total (S), que por regra geral tem o valor limite de 2,0%. Contudo, a norma NP EN :2010 indica que detetada a presença de pirrutite na amostra, esse limite diminui para 1,0%, facto esse constatado pela CTVC para a amostra de ASIC, através do espectrómetro por difracção de raio x [5]. O comportamento relativamente à reactividade alcalis-silica foi analisado para a fracção 0/4,75 mm do ASIC segundo o procedimento especificado na norma ASTM C : 2008, mas utilizando como ligante uma mistura CEM I 42,5 R e cinzas volantes, essas com 30% do total do ligante hidráulico (em conformidade com a dosagem utilizada na composição do betão). A análise foi realizada para dois grupos de amassaduras. Uma, apresenta uma razão de A/C = 0,47 de acordo com a norma citada e a outra, realizada com uma razão A/C = 0,52, de modo a averiguar se essas reacções se dariam de 3

4 maneira mais agressiva havendo mais água na composição. Em termos de resultados globais verificou-se que não houve diferenças assinaláveis entre os dois casos de razão A/C e que a extensão obtida após catorze dias da leitura inicial é inferior a 0,1% [5], isto é, o comportamento foi não reactivo. Em resumo, todas as propriedades foram determinadas experimentalmente de acordo com as normas especificadas no Quadro 1 e cujos seus valores estão compilados no Quadro 2 [5]. Quadro 2. Resultados da caracterização física, geométrica, mecânica e química do ASIC. Propriedades Sigla Norma Material Resultados Requisitos Caracterização geométrica Análise granulométrica - NP EN ASIC fino 0/4 mm ASIC grosso 4/32 mm Índice de forma Sl NP EN ASIC 0,4% (Sl 15 ) Índice de achatamento Fl NP EN ASIC 2% (Fl 15 ) Fl 50 ( 50%) Caracterização física e mecânica ASIC 0/4 3,77 Mg/m 3 Massa volúmica do material ASIC 4/8 3,55 Mg/m impermeável das partículas 3 ρ a NP EN ASIC 8/16 3,50 Mg/m 3 ASIC 16/32 3,45 Mg/m 3 Massa volúmica das partículas secas em estufa ρ rd NP EN Massa volúmica das partículas saturadas c/ superfície seca Absorção de água (em percentagem da massa seca) ρ ssd NP EN WA 24 NP EN Baridade ρ b NP EN Percentagem de vazios ν NP EN ASIC 0/4 3,59 Mg/m 3 ASIC 4/8 3,22 Mg/m 3 ASIC 8/16 3,19 Mg/m 3 ASIC 16/32 3,19 Mg/m 3 ASIC 0/4 3,64 Mg/m 3 ASIC 4/8 3,31 Mg/m 3 ASIC 8/16 3,28 Mg/m 3 ASIC 16/32 3,27 Mg/m 3 ASIC 0/4 1,31 % ASIC 4/8 2,89 % ASIC 8/16 2,80 % 5% ASIC 16/32 2,34 % ASIC 0/4 1,76 Mg/m 3 ASIC 4/8 1,73 Mg/m 3 ASIC 8/16 1,84 Mg/m 3 ASIC 16/32 1,55 Mg/m 3 ASIC 0/4 50,9 % ASIC 4/8 46,3 % ASIC 8/16 42,3 % ASIC 16/32 51,4 % Resistência à fragmentação de Los Angeles LA NP EN ASIC 25 % LA 50 ( 50%) Resistência ao esmagamento R NP 1039 ASIC 20,46 ± 1,09 % 45% Caracterização Química Teor de sulfatos solúveis em ácido - NP EN ASIC 0,08 % AS 1,0 % Teor de cloretos C NP EN ASIC 0,0014 % Teor de enxofre total S NP EN ASIC 0,05% S 1,0% c/pirrutite Reactividade Alcalis-Silica ε ASR ASTM C ASIC [i] 0,03% Não reativo [i] [i] De acordo com as condições realizadas neste estudo; sem referência e a declarar em cada caso de obra. Em termos gerais, parece ser viável que o ASIC possa ser usado como uma alternativa aos agregados naturais na produção de betão de ligantes hidráulicos. 4

5 Juvandes, Queirós e Pacheco 3. CARACTERIZAÇÃO DO BETÃO COM ASIC A segunda etapa, após a caracterização do ASIC, foi obter o perfil da composição de um betão pesado com integração do ASIC, como agregado. Nesta fase, foi concebida e estudada uma composição para um betão pesado e, posteriormente, foi desenvolvido um programa experimental, realizado nos laboratórios da FEUP, com vista a avaliar as principais características do betão com ASIC aos 28, 61 e 90 dias de idade. As principais propriedades a exigir ao betão devem cumprir os requisitos designados nas normas para betões de ligantes hidráulicos [1], passando pela identificação das especificações dos materiais a usar na composição, pela caracterização do betão enquanto massa fresca, pela avaliação das propriedades físicas e mecânicas do betão endurecido e, por fim, pela realização de ensaios de controlo antecipados da durabilidade e espectável para o betão no futuro. 3.1 Materiais e composição do betão Foi produzido um betão com o intuito de ter a máxima quantidade possível de ASIC que, devido à pouca quantidade de partículas finas, fez com que se recorresse a uma areia fina para dar trabalhabilidade ao betão fresco. No Quadro 3 expõe-se os materiais constituintes e a composição do betão em kg/m 3 (para agregados secos) estabelecido para a produção da amassadura. Quadro 3. Materiais e composição do betão pesado. Materiais Características Quantidade (kg/m3) Cimento CEM I 42,5 R 310 Cinzas volantes (Espanha) Finura N/15; perda por calcinação B; massa volúmica de 2,42 Mg/m 3 ; marcação CE 140 Areia fina natural ρ a = 2,66 Mg/m 3 ; ρ rd = 2,64 Mg/m 3 ; ρ ssd = 2,63 Mg/m 3 ; WA 24 = 0,4 % 320 0/4 mm 485 ASIC 4/8 mm 240 8/16 mm /32 mm 720 Adjuvantes Superplastificante de referência TECHNIFLOW 91 3,89 Água total Corrente do LEMC Caracterização do betão fresco As propriedades do betão fresco foram avaliadas segundo um programa experimental estabelecido no trabalho, cujos resultados dos ensaios estão resumidos no Quadro 4. Os detalhados sobre este programa experimental podem ser consultados no documento [5]. Quadro 4. Resultados da caracterização do betão fresco. Propriedades Norma Provetes Produzido Fabrico Resultados Requisitos Grau de compactabilidade (C) NP EN /11/11 1,39 (classe C 1 ) 1,04 C 1 1,46 [i] Massa volúmica (ρ) NP EN /11/ kg/m 3 Teor de ar (A c ) NP EN /11/11 2,20 % [i] Objetivo do trabalho; sem referência e a declarar em cada caso de obra. 3.3 Caracterização do betão endurecido As propriedades do betão endurecido foram estimadas segundo o programa experimental exposto no Quadro 5, cujos resultados estão igualmente resumidos no mesmo. Os detalhes sobre este programa 5

6 experimental podem ser consultados no documento [5]. Observe-se que, as principais propriedades em análise são a massa volúmica, as resistências mecânicas, sobretudo, as resistências à compressão, à tracção e à flexão, a absorção de água por capilaridade e por imersão atmosférica, a penetração de água sobre pressão e propriedades de durabilidade, nomeadamente, o ensaio de retracção por secagem e de permeabilidade ao oxigénio. Propriedades Resistência à compressão (f cm,j ) Resistência à tracção por compressão diametral (f ctm,sp,j ) Resistência à flexão (f ctm,fl,j ) Retracção por secagem (ε m ) Absorção de água por capilaridade às 72 horas Coef. de absorção de água (0 a 4 horas) (S) Altura de água capilaridade às 72 horas Absorção de água por imersão atmosférica (A t ) Prof. de penetração da água sob pressão Permeabilidade ao oxigénio (K oxigénio ) Massa volúmica (ρ) Quadro 5. Resultados da caracterização do betão endurecido. Norma Idade Provetes (dias) Tipo (cm) Prod Ens Resultados Requisitos , ,3 NP EN Cubos [i] 79,2 (MPa) 15x15x , [i] - 106,5 [ii] NP EN Cilindros 4,80 4 (MPa) 61 ø15 e h=30 4,43 NP EN Prismas 8,38 6 (MPa) 61 15x15x60 8,87 LNEC E 398 Prismas Até 28 ( ) 10x10x50 3 0,276±0,006 LNEC E ,87 a 1,97 x10-3 (g/mm 2 ) ,39 a 1,40 x10-3 Cilindros (g/mm 2.h. -0,5 4 ) 61 ø15 e h=30 2 2,193 x10-4 ±1,235x10-5 Segundo [8] ,549 x10-4 ±1,690x10-5 LNEC E ,31 a 16,17 (mm) ,28 a 10,15 Cubos 4 (%) 61 15x15x15 2 6,92±0,03 LNEC E [iii] 10,3±0,65 Médio 6,5±1, NP EN Cubos Máximo 25,5±7,5 4 (mm) 15x15x15 Médio 12,5±7, Máximo 33,0±8,0 LNEC E 392 Cilindros 56 (m) ø15 e h= ,7481x K NP EN Cubos (kg/m 3 28 ) 15x15x15 2 [iii] ±0,75 [i] Por lapso do LEMC, estes provetes foram ensaiados aos 28 dias; [ii] Valor estimado a partir de cilindros; [iii] Foram usados os provetes da absorção de água por imersão à pressão atmosférica para avaliar a massa volúmica; sem referência e a declarar em cada caso de obra. 4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Neste item, são analisados e discutidos os resultados obtidos nos ensaios de caracterização do ASIC e do betão pesado expostos nos Quadros 4 e 5. Face à deficiente informação técnica sobre o tema em análise, sempre que possível e limitado ao número de ensaios realizados no período disponível para este trabalho, os resultados foram comparados com alguns trabalhos considerados como referência. 4.1 ASIC como um agregado Dos dois trabalhos desenvolvidos na FEUP, constatou-se que o ASIC é um material que apresenta alguma deficiência em partículas finas, de dimensões inferiores a 4 mm. A percentagem de finos de um agregado é importante para a trabalhabilidade do betão, pelo que, deve ser controlada de acordo o tipo de obra a que se destina. A opção de uma areia fina complementar na composição do betão é indispensável. 6

7 Juvandes, Queirós e Pacheco Em termos gerais, observou-se que a massa volúmica média é bastante superior que a do agregado natural e os seus valores oscilam entre os valores seguintes: 3,45Mg/m 3 ρ a 3,77Mg/m 3 ; 3,25Mg/m 3 ρ ssd 3,64Mg/m 3 ; 3,17Mg/m 3 ρ rd 3,59Mg/m 3. Em termos de absorção de água, os valores de WA 24 (%) obtidos na FEUP, e por outros autores, são ligeiramente superiores aos observados em agregados naturais [4], satisfazendo, contudo, o critério de ser inferior a 5%. A baridade do agregado depende do valor do seu volume de vazios, da granulometria, da forma e do arranjo das partículas. Os valores da baridade e da percentagem do volume de vazios obtidos no trabalho permitem afirmar que o material é classificado como extra denso. Os valores da resistência à fragmentação pelo ensaio de Los Angeles do ASIC permitem afirmar que o material está entre as categorias LA 25 e LA 30 (inferior ao máximo de 50%). Pode afirmar-se que a resistência do ASIC situa-se na gama de valores que podem ser encontrados para os agregados naturais correntes. Em termos de análise química, apesar do ASIC ser de proveniência de sucata ferrosa, constatou-se que os quatro principais requisitos químicos segundo a NP EN : 2010 foram satisfeitos. O teor de sulfatos solúveis em ácido foi de 0,08%, inferior ao imposto na norma que é de 1,0% (para escórias arrefecidas ao ar). O teor de cloretos, segundo o relatório da CTVC [5], apresentou o valor de 0,0014%. Em termos de teor de enxofre total, igualmente segundo o relatório da CTVC, foi detectada a presença de pirrutite na amostra e o teor de enxofre total foi avaliado em 0,05%, mesmo assim, inferior ao limite máximo de 0,1% que condiciona a aceitabilidade do material como agregado. O ensaio de reactividade alcalis-silica revelou que, para as condições de ensaio com o recurso a cinzas volantes (30% do ligante hidráulico) em conformidade com a composição do betão estudado, a expansão é inferior a 0,1%, obtida após catorze dias da leitura de referência. De acordo com a especificação LNEC 461:2007 o material agregado teve um comportamento não reactivo. No entanto, este resultado carece de um estudo mais dedicado e extensivo no futuro, para validar esta conclusão. 4.2 Betão com ASIC Em termos de betão enquanto fresco, foi efectuado o ensaio de compactabilidade para avaliar a trabalhabilidade e a facilidade de compactação por vibração. O grau de compactabilidade obtido foi de 1,39, valor este dentro dos limites indicados na norma NP EN :2009 para a Classe C1 sugerida no trabalho que são entre 1,04 e 1,46. Tal como esperado, o betão com ASIC tem uma massa volúmica superior ao betão corrente por incorporar agregados com maior massa volúmica. Este facto está expresso no valor médio obtido para a massa volúmica, quer do betão fresco de 2867 kg/m 3 quer do betão endurecido de 2890 kg/m 3, enquadramento nítido na classe dos betões densos. De acordo a norma NP EN 206-1[1] e admitindo os critérios para aceitação dos ensaios iniciais, o valor característico da resistência à compressão do betão aos 28 dias estimado a partir do valor médio da resistência à compressão na mesma idade está compreendido entre: 68MPa f ck 74MPa. Admitindo as classes de resistência à compressão para betão pesado em cubos, o valor mínimo compatível com este intervalo conduz à classe de resistência C55/67 (f ck 67 MPa). A partir dos resultados experimentais de propriedades do betão aos 28 dias foi possível estimar algumas propriedades úteis para projecto a partir de expressões sugeridas no Eurocódigo 2 (EC2) [9]. No Quadro 6, resumem-se os valores da resistência à compressão (f cub cm,28, f cub ck,28), da resistência à tracção por compressão diametral (f ctm,sp,28 ), da resistência à tracção por flexão (f ctm,fl,28 ), da resistência à tracção simples (f ctm,,28 ) e do módulo de elasticidade do betão. Verifica-se que os valores da 7

8 resistência à tracção decrescem, os mais acentuados os por flexão, seguido dos por compressão diametral e por último os por tracção axial. Saliente-se que os valores estimados pelo EC2 para a tracção por flexão são inferiores aos obtidos experimentalmente. Quadro 6. Propriedades do betão aos 28 dias (Experimental vs EC2) [5]. Propriedades Experimental Estimado EC2 f cub ck,28 (MPa) - 68,00 a 74,00 f cub cm,28 (MPa) 80,00 - f ctm,28 (MPa) - 4,32 a 4,66 f ctm,sp,28 (MPa) 4,80 4,80 a 5,18 f ctm,fl,28 (MPa) 8,38 6,26 a 6,76 E cm,28 (GPa) - 41,05 Foram avaliadas algumas propriedades mecânicas aos 28, 61 e 90 dias, quer por via experimental quer por estimativa via EC2 [9], designadamente, para a resistência à compressão (f cm,j ), a resistência à tracção por compressão diametral (f ctm,sp,j ) e a resistência à tracção por flexão (f ctm,fl,j ) (Quadro 7). Em termos gerais, concluiu-se que as expressões do EC2 traduzem a evolução no tempo com boa aproximação para a resistência à tracção por compressão diametral e por defeito para a resistência à compressão. Esta análise é feita em termos de valores médios globais, dependendo de alguns factores variáveis, o que confere à análise alguma variabilidade também. Este assunto merece mais detalhe no futuro. Quadro 7. Propriedades do betão aos j dias (Experimental vs EC2) [5]. Propriedades j = 28 dias j = 61 dias j = 90 dias Experimental EC2 Experimental EC2 Experimental EC2 f cub cm,j (MPa) 80, ,3 84,7 106,5 [i] 86,0 f ctm,sp,j (MPa) 4,80 4,67 4,43 4, f ctm,j (MPa) - 4,20-4, [i] Valor estimado a partir de cilindros Foram estimadas curvas de absorção de água por capilaridade até às 72h para provete com 28 e 61 dias, constatando-se que a primeira quebra dá-se ao fim de 1 hora, traduzindo o enchimento dos poros de maiores dimensões, livremente acessíveis, designado por porosidade aberta (absorção inicial). A nível de absorção de água por imersão à pressão atmosférica, verificou-se que com a maturidade do betão ao longo do tempo esta propriedade diminuiu. Nos ensaios de profundidade de penetração da água sob pressão verificou-se existir um aumento da profundidade de penetração, quer média quer máxima (picos), nos provetes de 61 dias relativamente aos provetes com 28 dias (Quadro 8). Este aumento (ordem) dos valores observados nas duas datas não seria espetavel, pois admite-se estarem condicionados pelo nº de provetes usados (dois/cada data) e pela variabilidade de resultados medidos. Em termos de comportamento face à durabilidade, foi realizada uma análise de discussão dos resultados para alguns parâmetros relativos à retracção por secagem, absorção de água por capilaridade, absorção de água por imersão à pressão atmosférica, profundidade de penetração da água sob pressão e permeabilidade ao oxigénio, nomeadamente, uma comparação desses com limites divulgados numa publicação de Camelo [10], a respeito da experiencia da EDP na construção de barragens. No Quadro 8, expõe-se a análise comparativa possivel estabelecer entre valores das propriedades que foram objeto de interpretação, nas condiçoes aproximadas entre a base do trabalho experimental realizado na FEUP e as mencionadas na publicação de Camelo. Em termos gerais, o betão com ASIC superou os critérios sugeridos na publicação referida. 8

9 Juvandes, Queirós e Pacheco Propriedades Retracção por secagem Coef. de absorção de água (0 a 4 horas) Absorção de água por imersão à pressão atmosférica Profundidade de penetração da água sob pressão (media/máxima) Permeabilidade ao oxigénio Quadro 8. Análise comparativa de resultados associados à durabilidade do betão. Sigla (unidades) Idade (dias) Betão ASIC Camelo (EDP) [10] Observações ε m 7 0, satisfaz ( ) 28 0, excede pouco S 28 0,2549 (kg/m 2.h. -0,5 ) 61 0,2193 A t 28 10,3 (%) 61 6,92 h max (mm) K oxigénio (10-17 xm 2 ) ,5±1,5 (med) 25,5±7,5 (max) 12,5±7,5 (med) 33,0±8,0 (max) 56 0, a 14 maior ou menor exigência - 35mm zonas mais agressivas mm zonas correntes. - 70mm zonas sem armaduras. - K 60HR < 5 zonas não submersas e com ciclos m/s. - K 60HR < 10 zonas submersas. excede pouco satisfaz satisfaz satisfaz, assim como, os requisitos do Quadro 5 CONCLUSÕES Este trabalho pretende ser mais um contributo para a investigação do aproveitamento de resíduos industriais na confecção de betões correntes e/ou especiais, concretamente, o betão pesado. Introduziu-se um agregado alternativo ao natural, ASIC um subproduto da industria do aço, de forma a tornar a produção de betão mais sustentável e económica. Através dos ensaios de caracterização geométrica, física, mecânica e química conclui-se que o ASIC satisfaz os requisitos analisados para ser admitido como agregado para betões de ligantes hidráulicos segundo as NP EN e LNEC E 467. É um agregado bem graduado (0 a 32 mm), com resistências à fragmentação e ao esmagamento inferiores aos limites máximos, quimicamente estável (classificado como não reactivo ), com valores de absorção de água e massa volúmica superiores aos agregados correntes. Tem um valor da massa volúmica na ordem de 2870kg/m 3, adequado para o campo dos betões densos. A massa volúmica do ASIC permitiu confeccionar um betão pesado (ρ=2891kg/m 3 ). As propriedades mecânicas do betão avaliadas aos 28, 61 e 90 dias permitiram concluir sobre a sua classe de resistência de C55/67 e a evolução de algumas dessas propriedades relativamente aos valores estimados pelas expressões analíticas propostas no EC2. Em termos gerais, concluiu-se que as expressões do EC2 traduzem a evolução no tempo com boa aproximação para a resistência à tracção e por defeito para a resistência à compressão. Apesar de ser escassa a informação na literatura técnica, alguns dos parâmetros de referência relativos à retracção por secagem, absorção de água por capilaridade, absorção de água por imersão à pressão atmosférica, profundidade de penetração da água sob pressão e permeabilidade ao oxigénio foram comparados com limites divulgados numa publicação a respeito da experiencia da EDP na construção de barragens. Em termos gerais, o betão com ASIC superou satisfatoriamente os critérios exigidos pela EDP. Em termos finais, face ao estudo desenvolvido, à informação recolhida e ás limitações deste trabalho, tudo leva a indicar que o ASIC possa ser usado como uma alternativa aos agregados naturais na produção de betão pesados de ligantes hidráulicos. 9

10 No futuro, o uso generalizado de um betão com ASIC obrigará a estudos mais detalhados a longo prazo, nomeadamente, a nível de reações alcális-silica e resistência aos sulfatos, além de, explorar novas composições e execução de modelos á escala real e sujeitos à exposição ambiental. AGRADECIMENTOS Agradece-se às empresas HARSCO Metals CTS e à Siderurgia Nacional SA da Maia pela cedência do material ASIC e elementos bibliográficos, à Secil pela disponibilidade do cimento e aos laboratórios LEMC, LABEST e CTVC pela cedência de espaços, técnicos e realização dos ensaios. REFERÊNCIAS [1] NP EN (2007). Betão, Parte 1:Especificação, desempenho, produção e conformidade. Lisboa: IPQ. Junho. [2] Klein, C.; Dutrow, B. (2000) (2007). The Manual of Mineral Science. 23rd ed. Brisbane: John Wiley & Sons Ltd., New York. [3] HARSCO (2011). ASIC Agregado Siderúrgico Inerte para Construção. Newsletter de HARSCO Metals. [4] Ramos, Telma J. (2011). Estudo da viabilidade da substituição do agregado natural por agregado siderúrgico inerte para construção (ASIC) em betão. FEUP, Tese de Mestrado Integrado em Engenharia Civil. [5] Alexandre, Pacheco (2012). Estudo da Viabilidade da Utilização de Escórias de Aciaria (ASIC) em Betão Denso. FEUP, Tese de Mestrado Integrado em Engenharia Civil. [6] EN 12620:2002+A1 (2010), Agregados para betão. Lisboa: IPQ. Setembro. 61 p. [7] LNEC E 467 (2006). Guia para a utilização de agregados em betões de ligantes hidráulicos. Lisboa: especificação LNEC. 8 p. [8] Coutinho, M. J. A. R. S. (1998). Melhoria da durabilidade dos betões por tratamento da cofragem. FEUP, Tese de Doutoramento em Engenharia Civil. [9] NP EN (2010). EUROCODIGO 2 - Projecto de estruturas de betão - Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifícios. EC2, Lisboa: IPQ. Março. 259 p. [10] Camelo, A. (2011). Durabilidade e vida útil das estruturas hidráulicas de betão e de betão armado. 1ª Jornadas de Materiais de Construção, FEUP, pp