Classificação. Componentes do Betão. Materiais de Construção I 03/03/2017

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1 Materiais de Construção I Componentes do Betão Inertes: Classificação Caracterização e propriedades fundamentais Impurezas contidas no inerte Armazenamento e medição dos inertes. Determinações necessárias dos inertes para o cálculo da composição do betão: Massa volúmica Porosidade e absorção Humidade Baridade e volume de vazios Classificação 2 1

2 Os inertes para betões são materiais granulados, constituídos por partículas de rochas, naturais ou artificiais, com dimensões que variam geralmente entre cerca de 20 cm e 0,10 mm. Dispersos pela pasta de cimento, constituem no betão o seu esqueleto perfazendo 70 a 80% do seu volume. O seu emprego deve-se a razões técnicas e económicas, mas é necessário tomar em conta que as características do inerte afectam profundamente o comportamento do betão. 3 Classificação Os inertes podem ser agrupados de diferentes maneiras conforme o ponto de vista considerado: Petrográfico; de acordo com a rocha de origem: Ígneos Sedimentares Metamórficos Obtenção; Rolados (naturais ou provenientes da erosão, sedimentação e depósitos das rochas originárias); Britados (artificiais ou por fracturas de rochas). Dimensões: Inerte Grosso ou Pedra (Ø 4,76 mm), pode ser rolado (godo e seixo ou calhau) ou britado (Brita); Inerte Fino ou Areia (Ø < 4,76 mm), também rolado (caso comum) ou britado (pó de pedra). Massa Volúmica: Inerte Leve (Mv < 2,3 g/cm 3 ); Inerte Normal (2,3 g/cm 3 Mv 3,0 g/cm 3 ); Inerte Pesado (Mv > 3,0 g/cm 3 ). 4 2

3 Rochas Ígneas 5 Rochas Sedimentares 6 3

4 Rochas Metamórficas 7 Baridade; é a massa da unidade de volume do inerte contido num recipiente; 8 4

5 Poliestireno Expandido Perlite Expandida 9 Pedra Pomes Argila Expandida 10 5

6 Limonite Magnetite Barita 11 Caracterização e propriedades fundamentais 12 6

7 Em qualquer caso, as propriedades que hoje se exigem dos inertes são essencialmente de natureza geométrica, física e química, designadamente: Forma adequada e dimensões proporcionadas; Adequada resistência às forças e às acções mecânicas; Adequadas propriedades térmicas; Adequadas propriedades químicas (relativamente aos outros componentes do betão e às acções exteriores); Isenção de substâncias prejudiciais. 13 Caracterização e propriedades fundamentais Forma das Partículas A forma das partículas influi muito sobre as propriedades do betão, tais como a trabalhabilidade, ângulo de atrito interno, compacidade e, em última análise, sobre todas de que depende a quantidade de água de amassadura. O método mais apropriado para medir a forma é baseado na esfericidade ou coeficiente volumétrico, γ, quociente do volume da partícula, V, pelo volume da esfera de diâmetro igual à maior dimensão, N, da partícula: V π N 6 3 V 1,91 N Ex.: γ = 0,50 (ovo); γ = 0,37 (cubo); γ = 0,07 (achatada) e γ = 0,01 (alongada). achatada ou laminar (espessura/largura < 0,50) e alongada ou acicular (comprimento/largura > 1,50). Para uma boa forma de inertes, o máximo de partículas alongadas e achatadas é de 50%

8 O inerte excepcionalmente bom tem um coeficiente superior a 0,4 sendo bons os inertes com coeficientes entre 0,3 a 0,4. Limites mínimos (NP): 0,12 para inerte rolado e 0,15 para inerte britado. 15 Para medir a forma das partículas podem seguir-se dois (2) processos: fazer medições geométricas sobre cada uma das partículas; determinar certas propriedades do seu conjunto (Ex.: permeabilidade, baridade, tempo de escoamento de um dado volume de inerte por um orifício). Paquímetro Escala das rochas 16 8

9 Resistência Mecânica A composição granulométrica, a tensão de rotura e a resistência da ligação com a pasta de cimento e superfície influem em todas as propriedades do betão, especialmente na sua resistência. À medida que cresce a dosagem de cimento de um betão a sua tensão de rotura tende para um valor constante, que depende da tensão de rotura da rocha que constitui o inerte (limite mínimo fixado em 60 a 70 MPa). A partir daí a resistência do betão só dependerá da resistência da pasta de cimento. Ensaios para avaliação da resistência do inerte: Determinação da tensão de rotura da rocha originária; Ensaios de compressão confinada ou ensaio de esmagamento aceitável para máximo 45% de resistência ao esmagamento; Ensaios sobre partículas individuais; Ensaios comparativos sobre betões. Para avaliação da resistência do inerte também se usam os ensaios de abrasão e desgaste: Ensaio de Dorry (sobre a rocha originária - abrasão); Ensaio de Deval (sobre o próprio inerte - desgaste); Ensaio de Los Angeles (abrasão e desgaste) admite-se uma perda máxima de 50% do peso do inerte para betão. 17 Máquina de Deval 18 9

10 Máquina de Desgaste de Los Angeles 19 Propriedades térmicas As principais propriedades térmicas que interessa considerar são: 1) O coeficiente de dilatação térmica; 2) O calor específico; 3) O coeficiente de condutibilidade térmica. O coeficiente de dilatação térmica do inerte, sobretudo o de maiores dimensões, pode ser muito diferente do da pasta de cimento, então, uma grande variação da temperatura pode introduzir diferença apreciável nas dimensões relativas do inerte e da pasta de cimento, donde resulta a rotura de ligação entre estes. A temperatura deve estar entre 4 a 60 ºC e a diferença entre os dois coeficientes deve ser no máximo igual a 5x10-6 º C -1. O calor específico e o coeficiente de condutibilidade térmica são importantes no betão maciço, ou nas estruturas em que se exigem certos isolamentos térmicos. Os calores específicos são muito menos variáveis e situam-se quase todos em cerca de 0,20 cal g -1 ºC -1. O coeficiente de condutibilidade térmica do inerte é muito variável com a natureza da rocha, dependendo bastante, do seu grau de humidade (variam da areia siliciosa 13x10-5 ao quartzo 1600x10-5 cal cm -1 s -1 º C -1 ) 20 10

11 Propriedades químicas A composição química e mineralógica dos inertes (impurezas incluídas) poderão potenciar reacções prejudiciais no seio do betão. Relativamente às reacções químicas entre o cimento e o inerte, quando acompanhadas de expansão, poderão comprometer a coesão do conjunto. Os tipos de reacções mais correntes são: Reacção, em meio húmido, entre os álcalis do cimento (sódio e potássio nele existente) e a sílica não perfeitamente cristalizada do inerte; Reacção dos álcalis do cimento com carbonato de magnésio de certos calcários dolomíticos; Reacção de determinadas formas de alumina com sulfatos em presença de soluções sobresaturadas de hidróxido de cálcio fornecidas pela hidratação do cimento. Por outro lado, há outros minerais cuja presença é normalmente indesejável, como sulfuretos, gesso, óxidos de ferro, feldspatos alterados (caulinizados), minerais argilosos, etc.. 21 Impurezas contidas no inerte 22 11

12 Impurezas contidas nos inertes É natural existirem partículas com propriedades por vezes perniciosas para o betão; também, dadas as condições da sua formação, pode estar contaminado com outras substâncias estranhas. As impurezas que o inerte contém podem interferir química ou físicamente, podendo salientar: Acção química: Partículas que dão origem a reacções químicas expansivas com o cimento (referidas atrás); Impurezas de origem orgânica (húmus ou lodo orgânico resultante da decomposição parcial, pelos micróbios do solo, dos detritos vegetais e animais, ou por apodrecimento de substâncias orgânicas, como a madeira, etc.); 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); Partícula friáveis ou com resistência baixa (lenhina, carvão, madeira, grumos de argila, xistos, conchas, etc.); Partículas com expansões ou contracções excessivas devidas às alternativas de embebição e secagem. 23 Armazenamento e medição dos inertes

13 Armazenamento e medição dos inertes Os cuidados a ter com o armazenamento dos inertes e a medição correcta das quantidades a introduzir na betoneira aquando do fabrico do betão são operações condicionantes da garantia da qualidade dos materiais. Pretendendo-se que os inertes sejam homogéneos, há que: Evitar a segregação; Evitar a contaminação com substâncias estranhas; Evitar a rotura das partículas de modo a não alterar a granulometria; Uniformizar a humidade. Quanto a medição, ela deve fazer-se preferencialmente em peso (obrigatório para betões de alta qualidade), devendo-se respeitar a precisão de ±3% da quantidade requerida, quer para os inertes quer para o cimento, água e adjuvantes. A precisão mínima do equipamento de medição é também expressa e corresponde a um erro de no máximo 1% da medida. 25 Determinações necessárias dos inertes para o cálculo da composição do betão 26 13

14 Para a determinação das quantidades dos componentes, em peso por unidade de volume do betão, é necessário conhecer ainda outras propriedades do inerte que não são parâmetros de qualidade. Essas características são: Massa volúmica Absorção Partículas individuais Humidade Baridade Sistema de partículas (Granular) Granulometria 27 Massa volúmica (Kg/m 3 ) 28 14

15 Massa Volúmica É a relação entre a massa de um corpo e o seu volume. Aplicada ao inerte refere-se à massa volúmica das partículas individuais, e não a massa agregada em conjunto. O inerte para composição do betão não deve estar seco, pois nesta condição os poros em contacto com o exterior, por meio dos capilares, absorverão parte da água da pasta de cimento, que desta não contribuirá para as reacções de hidratação, alterando ao mesmo tempo a trabalhabilidade. Para que o inerte não aumente nem absorva a água da amassadura, deve estar saturado de água com a sua superfície seca (sem água na sua superfície). Método de determinação: 1º) A amostra do inerte é mergulhada na água por 24 horas, saturada 2º) Retiram-se da água e secam-se as superfícies, uma a uma, enxugando-se com pano seco. Determina-se a sua massa, p 1 3º) Colocam-se, logo em seguida, num recipiente cilíndrico de rede de arame de malha inferior a 5 mm com cerca de 20 cm de altura, determinando-se a massa da amostra do inerte saturado dentro da água, p 2 4º) O inerte é depois seco em estufa, a 105 o C, até a massa constante, p A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é: A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é: A massa volúmica das partículas secas é: A massa volúmica do material impermeável das partículas é: p 1 1 p1 p p3 p p p 3 2 p3 p 2 2 O método anterior não é aplicável para areia, recorre-se então a outro: 1º) A amostra da areia é saturada por imersão em água, em camada delgada e agitação frequente para desprender as bolhas 2º) Seca-se a superfície das partículas dispondo-as em camada pouco espessa sujeitas a aquecimento lento até notar-se uma mudança de cor dessas partículas, determinando-se a massa, p

16 A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é: A massa volúmica das partículas secas é: A massa volúmica do material impermeável das partículas é: Em resumo, o volume do inerte que há necessidade de usar na tecnologia do betão é: p1 p1 m1 m2 p3 p m m p p3 m m 2 onde: p1 massa da amostra saturada com superfície seca p3 massa da amostra seca a 105 ºC até massa constante m1 massa do frasco cheio de água m2 massa do frasco com amostra saturada e cheio de água Em resumo, o volume do inerte que há necessidade de usar na tecnologia do betão é: onde: δ i - a massa volumica do inerte saturado com superfície seca (em kg/m 3 ) P i - a massa do inerte saturado com superficie seca. 31 Massa Volumica do Material impermeavel de rochas Rocha Massa Volúmica (g/cm 3 ) Média Intervalo de Variação Basalto Granito Calcario Quartzite Gres Areia siliciosa e godo silicioso

17 Absorção (%) 33 Absorção A absorção de água do inerte é determinada a partir da diminuição da massa duma amostra de inerte saturado de água (superfície seca), seca em estufa a 105 o C até massa constante, p 1 -p 3. A relação entre a perda de massa determinada nestas condições e a massa da amostra seca, p 3, em %, é chamada absorção, A, A p p p A absorção em algumas rochas pode atingir cerca de 40%

18 Humidade (%) 35 Humidade A água aderente à superfície é expressa em percentagem da massa do inerte saturado com superfície seca, e é chamada humidade. O teor total da água do inerte é igual à soma da absorção com a humidade. A humidade superficial ou livre (isto é, a que excede a aprisionada pelo inerte no seu interior) deve ser considerada no cálculo das quantidades dos componentes sólidos e líquidos da amassadura. Como varia de ponto para ponto do depósito, deve ser determinada durante o fabrico do betão. Um método muito usado para determinação da humidade é o da determinação da massa volúmica do inerte húmido, conhecendo previamente a massa volúmica do inerte saturado com superfície seca

19 Usando o picnómetro, sendo: δi a massa volúmica do inerte saturado com superfície seca; p1 a massa da amostra húmida; p2 a massa do picnómetro cheio de água; p3 a massa do picnómetro com a amostra e cheio de água, o teor de humidade é: H p 3 p 1 1 i p2 i O ensaio é lento e requer grande cuidado na execução, pois todo o ar deve ser expelido da amostra. 37 Picnómetro 38 19

20 No volumétrico de Chapman, uma certa massa (500g), de inerte húmido é introduzida dentro de um volume de água (200 cm3). A leitura do nível da água (V), no volumétrico permite determinar a humidade: H 500 V 200 i V O inerte grosso tem sempre menos humidade do que a areia, e geralmente causa muito menos dificuldade do que esta. 39 Shapmann Specific Gravity Flask 40 20

21 Baridade (Kg/l) 41 Baridade A massa por unidade de volume aparente duma classe de inerte, chama-se baridade e serve para converter massas de inerte em volumes de inerte, e reciprocamente. Quando se mede um volume de uma classe de inerte é necessário conhecer a massa do volume de inerte que enche uma medida (ou molde) com um volume unitário. onde M - massa do inerte contida no molde (g) V - volume do molde M B V O volume de material sólido na unidade de volume do inerte é: [Kg/m 3 ], o volume de vazios será: [ m 3 ] A baridade depende, evidentemente, do modo como as partículas estão arranjadas no molde, da distribuicao granulometrica, da forma das partículas e da humidade

22 Granulometria 43 Granulometria é a distribuição das percentagens das partículas de determinadas dimensões que compõem o inerte