Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha

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1 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha André Filipe de Melo Marques Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Professor Doutor Augusto Martins Gomes (IST) Orientador: Professor Doutor João Pedro Ramôa Ribeiro Correia (IST) Co-orientador: Professor Doutor Jorge Manuel Caliço Lopes de Brito (IST) Vogal: Professor Doutor Rui Vaz Rodrigues (IST) Lisboa, Outubro de 2010

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3 Resumo O crescimento populacional e o avanço tecnológico ocorridos durante o último século promoveram o desenvolvimento das vias de comunicação e a consequente utilização dos meios de transporte rodoviários, contribuindo, deste modo, para que a borracha utilizada nos pneus se tornasse num material bastante requisitado. A deposição de pneus usados a céu aberto surge, actualmente, como uma conclusão inevitável deste processo, tendo em conta a falta de alternativas capazes de definir um destino útil para o elevado número de pneus que são gerados pela Sociedade. Esta não é uma solução ambientalmente sustentável, uma vez que a deposição de pneus em aterros está associada a diversos riscos ambientais, tais como a contaminação vegetal do solo e a maior probabilidade de ocorrência de incêndios não controlados. Recentemente, têm sido realizados esforços a nível legislativo com o intuito de encontrar alternativas sustentáveis para este tipo de resíduos, no âmbito das quais a reciclagem assume, efectivamente, um papel fundamental. Neste contexto, a introdução deste tipo de material na indústria da construção civil, através da sua incorporação em betão apresenta-se como uma alternativa viável, complementando as já diversas aplicações da borracha reciclada neste âmbito. As várias investigações desenvolvidas sobre betão com agregados reciclados de borracha possibilitaram um melhor conhecimento das suas propriedades mecânicas. Contudo, para que esta alternativa seja difundida no sector da construção, é necessária uma avaliação do comportamento de betões com agregados reciclados de borracha quando sujeitos à acção do fogo. É neste contexto que surge a presente investigação, cujo objectivo consistiu no estudo do desempenho mecânico residual à compressão e à tracção de betões com agregados reciclados de borracha após serem sujeitos a temperaturas elevadas, assim como na determinação das suas propriedades de reacção ao fogo. Com o intuito de concretizar os objectivos propostos, foram preparados provetes cúbicos e cilíndricos, para quatro composições de betão: um convencional, de referência, e três betões com taxas de substituição de 5, 10 e 15% de agregados naturais por agregados de borracha reciclada triturada (finos e grossos). Relativamente ao tipo de exposição térmica, para além da temperatura de referência (20 ºC), os provetes foram expostos durante 60 minutos a temperaturas de 400, 600 e 800 ºC, tendo sido aquecidos em conformidade com a curva de incêndio padrão ISO 834. A realização desta investigação permitiu concluir que a influência da incorporação de borracha na perda de desempenho do betão após a exposição térmica, embora se mostre mais acentuada para temperaturas mais elevadas, não é muito significativa, pelo que, do ponto de vista da resistência ao fogo, se considera razoável a aplicação estrutural deste tipo de material. As propriedades e classes de reacção ao fogo dos betões com agregados reciclados de borracha estimadas na presente investigação mostram que estes possuem, a nível regulamentar, um conjunto reduzido de limitações de utilização. Palavras-chave: betão; agregados reciclados de borracha de pneu; fogo; temperaturas elevadas; desempenho mecânico residual; reacção ao fogo. i

4 Abstract The population growth and technological progress of the last century have both promoted the development of road connections and the consequent use of means of road transportation, contributing to the widespread use of rubber in tires would turn into a material widely used. The disposal of used tires in landfills appears, at present, as an inevitable conclusion of this process, given the absence of viable alternatives capable of defining an appropriate end use for the high number of society generated tires. This is not an environmentally sustainable solution, since the disposal of tires in landfills is associated with numerous environmental hazards such as soil contamination and greater likelihood of uncontrolled fires. Recently, efforts have been directed at a legislative level in order to send this type of waste to a useful destination where recycling takes a fundamental role. In this context, the introduction of this type of material in the construction industry through its incorporation in concrete is presented as a viable alternative, complementing the already diverse applications of recycled rubber in this area. The various researches carried out on concrete containing recycled rubber granulate (CRG) improved the knowledge about its mechanical properties. However, before this alternative become more acceptable in the construction sector, it is necessary to evaluate the behaviour of recycled rubber aggregate concrete with when subjected to the action of fire. For this purpose, an experimental campaign was carried out to study the residual mechanical performance (compressive strength and splitting tensile strength) of CRG after being subjected to high temperatures, as well as their properties of fire reaction. In order to achieve the proposed targets, cylindrical and cubic specimens were cast, made of four different concrete compositions: a conventional reference concrete and three concrete mixes with replacement rates of 5%, 10% and 15% of natural coarse and fine aggregates by recycled rubber coarse and fine aggregates. Regarding the thermal exposure, in addition to the reference temperature (20 ºC), specimens were exposed, during 60 minutes, to temperatures of 400, 600 and 800 ºC, after being heated in accordance with the standard curve ISO 834. This research demonstrated that the influence of the incorporation of rubber in the loss of performance of concrete after exposure to heat, although more pronounced for higher temperatures, it is not very significant. The fire reaction class of CRG estimated in this research showed that it leads, at a regulatory level, to a reduced set of end use limitations. Keywords: concrete, tyre, recycled rubber aggregate, fire, high temperatures, residual mechanical behaviour, fire reaction. ii

5 Agradecimentos A realização da presente dissertação representa a concretização de uma importante fase a nível académico. Como tal, venho por este meio expressar o meu agradecimento a todos aqueles que contribuíram directa ou indirectamente para a realização da mesma. Ao Professor Doutor João Correia, orientador desta dissertação, expresso o meu profundo agradecimento pelo apoio constante e disponibilidade demonstrados, pela fundamental ajuda ao longo da realização dos ensaios, pela capacidade de superação dos diversos obstáculos que foram surgindo durante a campanha experimental, pelas importantes sugestões aquando da redacção da dissertação, pela partilha de conhecimentos e pela sua dedicação e exigência. Ao Professor Doutor Jorge de Brito, co-orientador desta dissertação, expresso o meu sincero agradecimento pelo apoio constante, pela partilha de conhecimentos, pela enorme disponibilidade demonstrada e pelo elevado nível de exigência e rigor pretendidos. Ao Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI), nomeadamente à Doutora Celeste Pereira, ao Doutor João Rodrigues e à técnica de Laboratório Andreia Durães, pela realização dos ensaios de reacção ao fogo e pela partilha de conhecimentos. Às empresas Unibetão, Secil, Biosafe e Galp, pela gentilidade de terem cedido os materiais e equipamentos indispensáveis para a realização da campanha experimental. Aos técnicos do Laboratório de Construção e Resistência de Materiais do IST, Sr. Leonel Silva e Sr. Fernando Costa, pela importante colaboração, disponibilidade e companheirismo durante a fase experimental. Aos colegas de laboratório (Pedro Pereira, Diogo Serpa e Sara Castro), pela entreajuda na realização da campanha experimental e importante partilha de conhecimentos. Aos meus amigos que estiveram directamente ligados com a realização da dissertação (João Arromba, João Nuno Santos e Tiago Dias), e a todos os outros, pela sua verdadeira amizade e companheirismo ao longo da minha vida académica, tanto nos bons como nos maus momentos, e por terem contribuído, de certa forma, para o meu sucesso académico. Aos meus Pais e à minha Família, pelo seu apoio, carinho e compreensão, pela sua capacidade motivadora e por me terem incutido os princípios e os valores ao longo da minha vida. Ao meu falecido primo Eng. João Pedro Bettencourt Melo, por ter sido e por continuar a ser um exemplo e uma fonte de inspiração para mim, dedico esta dissertação. iii

6 Índices Índice geral 1. Introdução Considerações iniciais Objectivos e metodologia Organização do documento Estado da arte Introdução Betões com agregados reciclados de borracha Propriedades dos agregados reciclados de borracha Propriedades dos betões com agregados reciclados de origem mineral Propriedades dos betões com agregados reciclados de borracha Comportamento ao fogo de betão Acção de incêndio segundo o EC Propriedades mecânicas do betão a temperaturas elevadas Comportamento ao fogo de betões com agregados reciclados de borracha Comportamento ao fogo de betões com agregados reciclados de origem mineral Comportamento ao fogo de betões com agregados reciclados de borracha Reacção ao fogo de betões com agregados reciclados de borracha Conclusões Campanha experimental Introdução Planeamento da campanha experimental Formulação dos betões Produção de betões Ensaios dos agregados Análise granulométrica Massa volúmica e absorção de água Baridade e volume de vazios Desgaste de Los Angeles Índice de forma Ensaios do betão no estado fresco iv

7 Índices Abaixamento do cone de Abrams Massa Volúmica Ensaios do betão no estado endurecido Tipos de cura e idades dos betões Resistência à compressão Resistência à tracção por compressão diametral Exposição térmica e avaliação da temperatura Reacção ao fogo Apresentação e análise de resultados Introdução Propriedades dos agregados Análise granulométrica Massa volúmica e absorção de água Baridade e volume de vazios Desgaste de Los Angeles Índice de forma Propriedades específicas dos agregados de borracha Propriedades do betão fresco Trabalhabilidade Massa volúmica Simulação da acção de incêndio Registo das temperaturas no interior do forno e dos provetes Observação visual dos provetes após a exposição térmica Propriedades do betão no estado endurecido Resistência à compressão Resistência à tracção por compressão diametral Propriedades de reacção ao fogo Observação visual e comportamento de reacção ao fogo Estimação das classes de reacção ao fogo Conclusões Propriedades dos agregados de borracha Propriedades dos betões com granulado de borracha no estado fresco v

8 Índices Degradação física dos provetes de BAB no estado endurecido após a exposição térmica Propriedades mecânicas residuais dos BAB no estado endurecido após a exposição térmica Propriedades de reacção ao fogo dos BAB Conclusões e desenvolvimentos futuros Considerações finais Conclusões gerais Propriedades dos agregados Propriedades mecânicas dos BAB Propriedades mecânicas residuais dos BAB após incêndio Propostas de desenvolvimentos futuros Bibliografia Anexos... A.1 A. Propriedades dos AB (BIOSAFE)... A.3 B. Ensaios aos agregados... A.9 1. Massa volúmica e absorção de água... A Baridade... A Ensaio de desgaste de Los Angeles... A Índice de forma... A.12 C. Ensaios ao betão fresco... A Massa volúmica... A.14 D. Ensaios ao betão endurecido (sem exposição térmica)... A Resistência à compressão aos 28 dias... A.16 E. Ensaios ao betão endurecido (após a exposição térmica)... A Resistência à compressão... A Resistência à tracção... A.22 F. Ensaios de reacção ao fogo... A Propriedades de reacção ao fogo... A Evolução das propriedades de reacção ao fogo com o tempo (fluxo incidente = 75 kw/m 2 ).. A Evolução das propriedades de reacção ao fogo com o tempo (fluxo incidente = 50 kw/m 2 ).. A Evolução das propriedades de reacção ao fogo com o tempo (fluxo incidente = 25 kw/m 2 ).. A.29 vi

9 Índice de figuras Índices Figura Comparação de propriedades mecânicas entre betões produzidos com partículas de borracha de 0,59 mm e 0,29 mm, com e sem tratamento... 9 Figura Abaixamento do cone de Abrams de betões com diferentes taxas de incorporação de borracha 12 Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AFN por AFP Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AGN por AGP Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AFN e AGN por AFP e AGP Figura Resistência à compressão aos 28 dias de betões com borracha por substituição nos finos Figura Resistência à compressão aos 28 dias de betões com borracha por substituição nos grossos Figura Resistência à compressão aos 28 dias de betões com borracha por substituição nos finos e grossos Figura Evolução da resistência à compressão da mistura B Figura Percentagem da resistência à tracção por compressão diametral aos 28 dias de betões por substituição nos finos Figura Percentagem da resistência à tracção por compressão diametral aos 28 dias de betões por substituição nos grossos Figura Domínios de verificação da resistência ao fogo Figura Curva de incêndio natural; a - fase de ignição, b - fase de propagação, c - fase de desenvolvimento pleno, d - fase de extinção Figura Curvas de incêndio nominais (EC1 - parte 1.2, 2002) Figura Regimes de temperatura e carga durante os vários tipos de ensaio Figura Fenómenos fisico-químicos no betão e alterações de cor, em função da temperatura de exposição Figura Relação entre a cor e a redução de resistência à compressão do betão exposto a elevadas temperaturas Figura Resistência à compressão em função da temperatura e do tipo de betão Figura Redução da resistência à compressão de betões com agregados calcários: (A) aquecido sem carregamento; (B) aquecido com carga igual a 40% da resistência e ensaiado a quente; (C) aquecido sem carregamento e ensaiado depois de 7 dias conservado a 21 ºC Figura Resistência à compressão relativa em função da temperatura e do tipo de arrefecimento (com ar, com água ou no interior do forno), segundo diversos autores Figura Modelo matemático para as relações tensões-extensões do betão em compressão a temperaturas elevadas (EC2 - parte 1.2, 2010) Figura Redução de resistência à compressão de betões correntes com o aumento de temperatura, conforme o EC2 e segundo diversos autores Figura Redução da resistência à tracção por compressão diametral do betão com o aumento de temperatura, conforme o EC2 e segundo diversos investigadores Figura Resistência à compressão dos BR e BAR em função da temperatura e tempo de exposição térmica vii

10 Índices Figura Resistências residuais de compressão de cada tipo de betão para as diferentes exposições térmicas Figura Resistências residuais à tracção por compressão diametral de cada tipo de betão para as diferentes exposições térmicas Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão sem borracha Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão com 3% de substituição de borracha Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão com 5% de substituição de borracha Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão com 8% de substituição de borracha Figura Análise termogravimétrica a amostras-padrão Figura Temperatura atingida a diferentes distâncias à superfície de exposição, em função da composição do betão Figura Curva temperatura-tempo para os provetes de betão sem borracha: ct1, ct2 e ct Figura Curva temperatura-tempo para os provetes de betão com borracha: br1, br2 e br Figura Resistência à compressão dos betões em função da sua relação água / cimento, antes e depois do aquecimento Figura Posição dos termopares nos provetes respeitantes à serie 2_CON_ Figura Evolução da temperatura consoante a profundidade, para um fluxo de calor de 75 kw/m 2 (símbolos representam os valores médios; zonas sombreadas representam os valores máximos e mínimos registados) Figura Evolução da temperatura consoante a profundidade, para um fluxo de calor de 25 kw/m 2 (símbolos representam os valores médios; zonas sombreadas representam os valores máximos e mínimos registados) Figura Curva de Faury com e sem cimento, e respectiva série de peneiros referentes à norma NP EN Figura Peneiração das amostras Figura Pesagem depois de os agregados obterem massa constante Figura Enchimento do recipiente com areia fina Figura Máquina de Los Angeles Figura Medição do índice de forma Figura Homogeneização do betão Figura Medição do abaixamento do ensaio de cone de Abrams Figura Vibração do betão para posterior registo da massa volúmica Figura Prensa hidráulica e respectivo controlador Figura Peça de carga para ensaio de resistência à tracção por compressão diametral Figura Posicionamento do provete de ensaio de resistência à tracção Figura Curvas de incêndio padrão ISO 834 com as respectivas fases de arrefecimento para os diferentes patamares de exposição térmica Figura Posicionamento dos termopares no interior de um provete cúbico Figura Colocação dos termopares aquando da betonagem dos provetes Figura Interior do forno de ensaio Figura Ensaio preliminar: curva teórica ISO 834 e curva experimental para a temperatura de 600 ºC 80 viii

11 Índices Figura Comparação entre a curva teórica e a curva experimental - T Figura Comparação entre a curva teórica ISO 834 e a curva experimental T Figura Comparação entre a curva teórica ISO 834 e a curva experimental T Figura Disposição em planta dos provetes no 2.º ensaio Figura Disposição em planta dos provetes no 1.º ensaio Figura Legenda da disposição dos provetes no 1.º ensaio (BR+B15FG) Figura Legenda da disposição dos provetes no 2.º ensaio (B5FG+B10FG) Figura Data logger e ligação dos termopares Figura Esquema de um cone calorímetro Figura Calorímetro de cone Figura Preparação do provete para o ensaio de reacção ao fogo Figura Curvas granulométricas dos agregados Figura Massa volúmica dos agregados Figura Absorção de água dos agregados Figura Índice de forma dos diversos agregados grossos Figura Abaixamento do cone de Abrams Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AN por AB Figura Curvas ISO 834 e evolução da temperatura das curvas experimentais T400, T600 e T800 (1º e 2º ensaios) Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e B5FG para T400 (2º ensaio) Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e B5FG para T600 (1º ensaio) Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e do B10FG para T600 (2º ensaio) Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e do B10FG para T800 (1º ensaio) Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e do B15FG para T800 (2º ensaio) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T400 (2º ensaio) Figura Evolução das temperaturas interiores do B5FG, para T400 (2º ensaio) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T600 (2º ensaio) Figura Evolução das temperaturas interiores do B10FG, para T600 (2º ensaio) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T800 (1º ensaio) Figura Evolução das temperaturas interiores do B10FG, para T800 (1º ensaio) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T800 (2º ensaio) Figura 4.20 Evolução das temperaturas interiores do B15FG, para T800 (2º ensaio) Figura Temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes composições, para T Figura Temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes composições, para T Figura Temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes composições, para T Figura Aspecto exterior dos provetes sujeitos à exposição térmica T800 (à esquerda) e T600 (à direita) Figura Aspecto interior dos diversos provetes sujeitos às diferentes exposições térmicas Figura Comparação da redução de resistência à compressão aos 28 dias obtida no presente estudo com os diversos autores Figura Resistência residual à compressão ix

12 Índices Figura Redução da resistência residual à compressão dos vários tipos de betões em função da temperatura de exposição Figura Comparação entre a redução de tensão residual de compressão do presente estudo, dos diversos autores citados e a curva proposta pelo EC Figura Redução da resistência residual à compressão das diversas composições em função da temperatura no forno (Tforno) e no interior dos provetes (Tmax), e curva proposta pelo EC Figura Resistência residual à tracção Figura Redução da tensão residual de tracção dos vários tipos de betão em função da temperatura de exposição Figura Comparação entre a redução de tensão residual de tracção do presente estudo, dos diversos autores citados e a curva proposta pelo EC Figura Redução da resistência residual à tracção das diversas composições em função da temperatura no forno (Tforno) e no interior dos provetes (Tmax), e curva proposta pelo EC Figura Diferentes fases do comportamento de um provete de B10FG submetido a um fluxo de calor de 50 kw/m Figura Propriedades de reacção ao fogo de um betão B5FG em função do fluxo de calor incidente. 122 Figura Propriedades de reacção ao fogo de um betão B10FG em função do fluxo de calor incidente 123 Figura Propriedades de reacção ao fogo de um betão B15FG em função do fluxo de calor incidente 124 Figura Aspecto visual dos provetes B10FG (A, B e C) após exposição a um fluxo incidente de 75, 50 e 25 kw/m 2, respectivamente Figura Comparação das diversas propriedades de reacção ao fogo (Max e Med 180 ) Figura Comparação das diversas propriedades de reacção ao fogo (Max e Med 180 ) (continuação) Figura Estimativa da classe de reacção ao fogo do provete B15FG com o software Conetools: resultados do calorímetro de cone (à esquerda) e estimativa dos resultados do FIGRA (à direita) x

13 Índice de quadros Índices Quadro Massa volúmica e baridade dos diversos tipos de agregado... 6 Quadro Resultados da absorção de água dos diversos tipos de agregados... 7 Quadro Relações a/c e abaixamentos do cone de Abrams em função do tipo de betão Quadro Traços utilizados na composição dos betões com e sem incorporação de resíduos de borracha Quadro Ensaios, normas e especificações utilizados nos ensaios dos agregados grossos Quadro Ensaios, normas e especificações utilizados nos ensaios dos agregados finos Quadro Tipos de betões utilizados Quadro Ensaios referentes à 2ª fase Quadro Ensaios realizados na 3ª fase Quadro Dimensão máxima do agregado admissível para cada tipo de provete Quadro Desvio padrão segundo o grau de controlo de produção Quadro Dosagem de cimento pela fórmula de Bolomey Quadro Valores do volume de vazios em função da máxima dimensão dos agregados Quadro Valores de K e K' Quadro Valores dos parâmetros A e B Quadro Percentagens de material passante da curva de Faury Quadro Composição do betão de referência (em volume e em massa) Quadro Ensaios, tipos de cofragem e quantidades de betão a produzir Quadro Massa mínima do provete de ensaio de análise granulométrica em função da máxima dimensão do agregado Quadro Massa mínima do provete de ensaio de massa volúmica em função da máxima dimensão do agregado Quadro Capacidade mínima do recipiente em função da máxima dimensão do agregado Quadro Massa mínima do provete de ensaio do índice de forma em função da máxima dimensão do agregado Quadro Quantidades, dimensões, tipos de cura e idades dos provetes ensaiados Quadro Idades, número e tipo de provetes relativos ao ensaio de resistência à compressão Quadro Idades, número e tipo de provetes relativos ao ensaio de resistência à tracção Quadro Identificação dos provetes em que foram colocados termopares Quadro Distribuição dos provetes cúbicos com termopares segundo os ensaios Quadro Ensaios de reacção ao fogo - betão, fluxo de calor, provetes Quadro Resultados do ensaio de análise granulométrica Quadro Massas volúmicas e absorção de água dos vários agregados Quadro Comparação entre a massa volúmica dos agregados da presente dissertação e de estudos anteriores Quadro Comparação entre a absorção de água dos agregados da presente dissertação e de estudos anteriores Quadro Baridade e percentagem de vazios dos agregados naturais xi

14 Índices Quadro Baridade e percentagem de vazios do granulado de borracha (GB) Quadro Comparação entre a baridade dos agregados da presente dissertação e de estudos anteriores Quadro Resultados do ensaio de desgaste de Los Angeles Quadro Resultados do ensaio do índice de forma dos diversos agregados grossos Quadro Resultados do ensaio de abaixamento Quadro Massas volúmicas no estado fresco das diversas composições de betão Quadro Resistência à compressão aos 28 dias Quadro Tensões residuais de compressão das diversas composições e tipos de exposição térmica Quadro Relação entre a resistência residual à compressão após cada exposição térmica (f T c ) com a resistência à compressão de referência (f 20 c ) Quadro Determinação da taxa de variabilidade relativa ao ensaio de resistência à tracção Quadro Estimativa dos valores de fctm no presente estudo Quadro Tensões residuais de tracção das diversas composições e tipos de exposição térmica Quadro Relação entre a resistência residual à tracção após cada exposição térmica (f T ct ) com a resistência à tracção de referência (f 20 ct *), por composição de betão Quadro Propriedades de reacção ao fogo dos diversos tipos de betão, sujeitos aos diferentes tipos de fluxo de calor Quadro Euroclasses dos provetes ensaiados (de acordo com os resultados obtidos com o software Conetools) e correspondência com a classificação Portuguesa xii

15 Simbologia Simbologia Letras maiúsculas do alfabeto latino A - dosagem de água de amassadura por unidade de volume de betão; parâmetro que depende da natureza dos agregados, meios de colocação e da consistência do betão; B - parâmetro que depende da natureza dos agregados, meios de colocação e da consistência do betão; C - dosagem de cimento por unidade de volume de betão; C % - percentagem de cimento em relação ao volume sólido total do betão; D - massa volúmica do betão fresco (kg/m 3 ); D máx - máxima dimensão dos agregados; I v - índice de vazios por unidade de volume de betão; K - parâmetro que depende da natureza dos agregados, da trabalhabilidade pretendida e dos meios de colocação utilizados; K - parâmetro que depende da natureza dos agregados, da trabalhabilidade pretendida e dos meios de colocação utilizados; P LA - perda de massa por desgaste de Los Angeles ; R - raio médio do molde; R fi,d,t - valor de cálculo da resistência do elemento na situação de projecto de incêndio no instante t; R i% - percentagem de material retido no peneiro i; SI - índice de forma dos agregados; S n - desvio padrão; V C - volume das partículas de cimento por unidade de volume de betão; V S - volume das partículas sólidas por unidade de volume de betão; V V - volume de vazios por unidade de volume de betão; WA 24 - absorção de água, referida à massa do agregado seco, após imersão em água durante 24 horas; Letras minúsculas do alfabeto latino a/c - relação água / cimento da amassadura de betão; f c - valores da resistência à compressão do betão;, - valores da resistência à compressão do betão à temperatura elevada ; f T c - valor da resistência à compressão do betão para à temperatura elevada T; f 20 c - valor da resistência à compressão do betão à temperatura de referência de 20 ºC; f ck - valor característico da resistência à compressão; f cm - valor médio da resistência à compressão (MPa); f ct - valores da resistência à tracção do betão por compressão diametral; f T ct - valor da resistência à tracção do betão por compressão diametral para à temperatura elevada T; f 20 ct - valor da resistência à tracção do betão por compressão diametral à temperatura de referência de 20 ºC; ḣ net - densidade de fluxo de calor incidente na superfície fronteira do elemento; xiii

16 Simbologia ḣ net,c - densidade de fluxo de calor incidente na superfície fronteira do elemento devido à convecção; ḣ net,r - densidade de fluxo de calor incidente na superfície fronteira do elemento devido à radiação; t - tempo de exposição ao fogo; tempo de imersão em água; t fi,d - valor de cálculo da resistência ao fogo com base no incêndio padrão ISO 834; t fi,requ - resistência ao fogo requerida regulamentarmente com base no incêndio padrao ISO 834; t máx - tempo máximo de exposição térmica; w - teor de humidade; Letras maiúsculas do alfabeto grego F - factor de configuração; Letras minúsculas do alfabeto grego a c - coeficiente de transmissão de calor por convecção; d c - massa específica do cimento; e f - emissividade do compartimento de incêndio; e m - emissividade da superfície do elemento; - valor de cálculo da temperatura crítica do elemento; - valor de cálculo da temperatura do elemento; - temperatura do gás na vizinhança do elemento; - temperatura na superfície do elemento; - temperatura máxima pretendida do gás na vizinhança do elemento exposto ao fogo; - temperatura de radiação na vizinhança do elemento; r a - massa volúmica do material impermeável das partículas; r b - massa volúmica aparente; r rd - massa volúmica das partículas secas em estufa; r ssd - massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca; r w - massa volúmica da água; σ - constante de Stephan Boltzmann (5, W/m 2 K 4 ); tensão aplicada ao betão. xiv

17 Abreviaturas Simbologia AB agregados reciclados de borracha; AGB agregados grossos reciclados de borracha; AFB agregados finos reciclados de borracha; AN agregados naturais ou primários, de origem pétrea; AGN agregados grossos naturais; AFN agregados finos naturais; ARM agregados reciclados de origem mineral (pétra ou cerâmica); AGRM agregados grossos reciclados de origem mineral (pétra ou cerâmica); AFRM agregados finos reciclados de origem mineral (pétra ou cerâmica); AGRB agregados grossos reciclados de betão; AFRB agregados finos reciclados de betão; BAB betão fabricado com incorporação de agregados reciclados de borracha; BR betão de referência ou convencional, sem incorporação de agregados reciclados; B5FG betão com 5% de substituição de AFN e AGN por AFB e AGB, respectivamente; B10FG betão com 10% de substituição de AFN e AGN por AFB e AGB, respectivamente; B15FG betão com 15% de substituição de AFN e AGN por AFB e AGB, respectivamente; T20 acção térmica de referência (20 ºC), ausência de exposição dos provetes a temperaturas elevadas; T400 acção térmica correspondente à exposição dos provetes de ensaio a uma temperatura máxima de 400 ºC durante 1 hora; T600 acção térmica correspondente à exposição dos provetes de ensaio a uma temperatura máxima de 600 ºC durante 1 hora; T800 acção térmica correspondente à exposição dos provetes de ensaio a uma temperatura máxima de 800 ºC durante 1 hora; xv

18 xvi Simbologia

19 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 1. Introdução 1.1. Considerações iniciais A problemática inerente à elevada quantidade de pneus usados é, a nível global, um assunto cada vez mais preocupante. A deposição deste tipo de material em aterros começa a surgir como uma solução inevitável, tendo em conta a escassez de novas alternativas capazes de definir um destino útil para as elevadas quantidades de pneus usados. Dando como exemplo os Estados Unidos da América, verifica-se que existem 2 a 3 biliões de pneus depositados em aterros, sendo que são gerados 242 milhões por ano, dos quais apenas 38% são reutilizados ou reciclados (Humphrey, 1995). Os aterros de pneus usados não representam uma solução sustentável ambientalmente. A borracha apresenta certas características, tais como um tempo de decomposição de 600 anos, a boa durabilidade e a reduzida compressibilidade (o que resulta em grandes volumes e até possíveis movimentações no solo). Estas características contribuem para um problema ambiental grave, manifestado através da contaminação vegetal do solo, do maior risco de fogos não controlados e altamente nocivos, do aumento do número de mosquitos transmissores de doenças (o que para muito contribui a forma côncava dos pneus e a possibilidade de acumulação de água no seu interior) e da elevada probabilidade de formação de misturas químicas que podem danificar a fauna e a flora, assim como a qualidade da água nas zonas circundantes. Ao longo dos últimos anos, têm sido desenvolvidos esforços para contornar esta situação. Estes esforços visam a criação de legislação capaz não só de proibir a existência de aterros, como ainda de encaminhar este tipo de resíduos para um destino útil, onde a reciclagem assume um papel fundamental. Em Portugal, estabeleceu-se uma política integrada de gestão destes resíduos, através da aprovação do Decreto-Lei n.º 111/2001, cujo ponto essencial é a definição de uma hierarquia na gestão de pneus usados, conferindo prioridade à prevenção da produção destes resíduos ( ), seguindo-se por ordem de preferência a reciclagem e outras formas de valorização ( ) em matéria de qualidade ambiental (Diário da República, 2001). Este diploma estabeleceu ainda a proibição da combustão sem recuperação energética assim como a deposição de resíduos deste tipo de material em aterros. Um ano mais tarde, constituiu-se uma entidade responsável por esta actividade, a VALORPNEU que, através da criação do SGPU (Sistema Integrado de Gestão de Pneus Usados), gere de forma adequada o fluxo de pneus em fim de vida, promovendo a recolha, separação, retoma e valorização dos pneus em fim de vida. Esta empresa apresenta uma grande variabilidade de destinos para os pneus em fim de vida, nomeadamente a reutilização (que consiste no reaproveitamento do pneu, desde que esteja em condições, tendo em vista o fim para o qual foi concebido inicialmente), a recauchutagem (operação pela qual um pneu já utilizado é reconstruído de forma a ser reutilizável para o fim concebido), a reciclagem (definida através do processamento de pneus usados para qualquer fim que não seja o inicial, como matéria prima a incorporar noutros produtos, como por exemplo betumes modificados, pisos de parques infantis) e a valorização energética que aproveita o elevado poder calorífico da borracha. Em 2008, este sistema foi responsável pela reciclagem de mais de 50% da totalidade dos pneus recolhidos, chegando a atingir uma taxa de reciclagem de 67,3%, o que representa um resultado bastante satisfatório. 1

20 Capítulo 1 - Introdução Neste âmbito, uma das alternativas que se mostra bastante razoável é a introdução deste tipo de material no âmbito da engenharia civil, onde a mesma já se encontra consubstanciada em diversas aplicações. Tais aplicações incluem pavimentos rodoviários com incorporação de agregados de borracha (onde a contribuição da elasticidade conferida pela borracha pode ser satisfatória para o desempenho), pavimentos desportivos, painéis termo-acústicos, elastómeros em juntas de dilatação, barreiras de impacto de rodovias e o fabrico de betão com agregados reciclados de borracha. Relativamente à última aplicação referida, torna-se então fundamental estudar o desempenho estrutural do betão com incorporação de agregados reciclados de borracha, onde o comportamento ao fogo desempenha um papel muito importante, visto que dele depende a probabilidade de colapso dos elementos estruturais em situação de incêndio. O objectivo a alcançar será o de conseguir que, durante um incêndio, os materiais sejam capazes de resistir à acção do fogo, não comprometendo os caminhos de evacuação de forma a mitigar o risco de perdas humanas e que, no final da sua exposição ao fogo, sejam susceptíveis de uma possível reutilização. O betão convencional caracteriza-se por ser um material com boa resistência quando sujeito a altas temperaturas. Para tal, contribuem a sua incombustibilidade e o seu reduzido coeficiente de condutividade térmica (quando comparado, por exemplo, com o aço), assim como a sua boa reacção ao fogo, traduzida pela ausência de emissão de gases tóxicos aquando da sua exposição a altas temperaturas. No entanto, apesar das qualidades do betão relacionadas com a sua resistência ao fogo, a exposição a elevadas temperaturas desencadeia uma série de fenómenos e processos físico-químicos que podem ser responsáveis pela redução da sua capacidade resistente. Um dos factores responsáveis pelas transformações referidas é a própria composição do betão, já que tanto o cimento como os agregados são susceptíveis à desidratação e degradação aquando da exposição térmica. O estudo das propriedades de betões convencionais (BR) quando submetidos a altas temperaturas tem sido alvo de diversas investigações. Contudo, o mesmo não se verifica no caso de betões com agregados reciclados de borracha (BAB), onde se regista uma elevada escassez de informação. Para este tipo de betões, dada a incorporação de uma fracção combustível (os agregados de borracha), torna-se relevante estudar o seu desempenho em situação de incêndio. É neste contexto que surge a presente dissertação, na qual se pretende avaliar o comportamento ao fogo de BAB, através do estudo das propriedades mecânicas residuais após exposição a altas temperaturas e da avaliação das principais características de reacção ao fogo, procurando-se, deste modo, dar um contributo significativo para o desenvolvimento desta temática Objectivos e metodologia A presente dissertação enquadra-se numa das linhas de investigação da Secção de Construção, referente ao comportamento de betões com agregados reciclados de borracha provenientes de pneus usados. Como é um assunto recente, só agora começa a existir alguma investigação respeitante ao estudo das composições de betões com incorporação deste tipo de agregado e das consequências dessa incorporação nas propriedades (mecânicas e de durabilidade) do betão, tanto no estado fresco como endurecido. Existe, ainda assim, reduzida informação no que concerne ao comportamento ao fogo deste tipo de betões. 2

21 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Por conseguinte, esta dissertação tem como principal objectivo o estudo do comportamento ao fogo de betão com incorporação de agregados reciclados de borracha proveniente de pneus usados, concretamente a determinação da degradação das propriedades mecânicas residuais (resistência à compressão e resistência à tracção) de betões produzidos com diferentes taxas de substituição (0, 5, 10, 15% de agregados grossos e finos) após serem submetidos a uma acção de incêndio durante um período de tempo pré-definido (60 min). Adicionalmente, pretende-se estudar as propriedades de reacção ao fogo das diferentes composições de betão, em que serão medidos parâmetros como a taxa de libertação de calor e a quantidade de libertação de fumo e gases tóxicos (monóxido e dióxido de carbono). Será também utilizado um betão de referência, produzido com agregados primários, com a mesma composição do betão com incorporação de agregados de borracha, de forma a poder avaliar a variação de desempenho deste último, em função das diferentes taxas de substituição. A metodologia referente à presente dissertação passou, numa primeira etapa, pela recolha de informação através de uma pesquisa bibliográfica a nível nacional e internacional. O objectivo do levantamento bibliográfico foi adquirir o estado de conhecimento necessário para se proceder a uma planificação e elaboração da campanha experimental, visando a posterior análise e comparação de resultados. Na segunda etapa, procurou-se estabelecer um programa relativo à campanha experimental, com base nos elementos bibliográficos existentes para o efeito, nomeadamente ao nível de normas e especificações. Assim, o planeamento de ensaios consistiu nas metodologias propostas para a caracterização dos agregados e dos betões, no estado fresco e endurecido. Dada a importância para o cumprimento dos objectivos propostos do forno de ensaio, tornou-se necessário analisar o seu funcionamento numa fase precedente à fase de ensaios de definitiva. Assim, foram analisadas as considerações relativas a outras investigações que tivessem utilizado o mesmo equipamento, como é o caso da campanha desenvolvida por Vieira (2009), procurando, através de ensaios experimentais, atingir um razoável nível de reprodutibilidade das curvas de aquecimento preconizadas. Após o estabelecimento do plano de ensaios, a metodologia compreendeu uma terceira etapa, respeitante à realização da campanha experimental. Nesta etapa, foram definidas três fases distintas: (i) a primeira correspondeu à obtenção e caracterização dos agregados naturais (AN) e agregados reciclados de borracha de pneus usados (AB), constituintes dos diversos tipos de betões a produzir; (ii) a segunda fase do programa experimental teve como objectivo a produção e correcção das composições dos vários tipos de betão (0, 5, 10 e 15% de substituição em grossos e finos), de forma a que todas possuíssem a mesma trabalhabilidade e fosse possível estabelecer relações entre as diversas propriedades a analisar; (iii) a terceira e última fase, que compreendeu todos os ensaios ao betão, no seu estado fresco e endurecido, nomeadamente a caracterização das propriedades mecânicas residuais do betão após a exposição térmica e as propriedades de reacção ao fogo do mesmo. A quarta etapa consistiu no tratamento e análise dos resultados obtidos nos diversos ensaios, assim como a sua discussão e comparação com os resultados obtidos por outros investigadores, relativamente à mesma temática. A quinta etapa correspondeu à redacção da dissertação, procurando-se sintetizar todas as informações e dados adquiridos ao longo da campanha, de forma clara e objectiva. 3

22 Capítulo 1 - Introdução 1.3. Organização do documento Para além do presente capítulo de introdução, em que se apresentam os objectivos e metodologia da dissertação, o documento contém mais quatro capítulos. No capítulo 2, procede-se ao levantamento do estado de arte relativo à temática da presente dissertação, sendo abordadas as conclusões dos diversos investigadores sobre as diversas propriedades dos betões com incorporação de AB, apresentando-se posteriormente os resultados relativos ao comportamento ao fogo de betões submetidos à acção do fogo. Referencia-se, ainda, a diminuta investigação relativa ao desempenho mecânico dos BAB após exposição térmica, em que foram analisados os resultados relativos aos estudos que apresentaram maior grau de semelhança com a presente investigação. No capítulo 3, faz-se a descrição detalhada da campanha experimental, bem como o modo de obtenção dos resultados relativos a cada propriedade em análise. Para além da descrição de todos os ensaios realizados aos agregados, ao betão no seu estado fresco e endurecido, são também explanados os procedimentos inerentes ao processo de exposição térmica. No capítulo 4, apresentam-se os resultados referentes aos ensaios da campanha experimental, procedendo-se à sua análise, comparação e discussão. Assim, são retiradas as devidas conclusões relativas ao BAB, caracterizando-o sob o ponto de vista do comportamento mecânico residual face ao BR e das suas propriedades de reacção ao fogo. O comportamento mecânico residual dos BAB foi avaliado com base nos ensaios de resistência à compressão e à tracção por compressão diametral. Relativamente às suas propriedades de reacção ao fogo, foram analisados diversos parâmetros, tais como a taxa de libertação de calor, calor efectivo de combustão, tempo até à ignição, área específica de extinção (libertação de fumo), libertação de monóxido e dióxido de carbono. Procura-se, ao longo deste capítulo, estabelecer, sempre que possível, uma comparação entre os resultados obtidos na presente investigação com os resultados obtidos nas diversas investigações decorrentes da pesquisa bibliográfica efectuada. No capítulo 5, resumem-se as principais conclusões decorrentes deste trabalho de investigação. Assim, realçam-se os resultados obtidos relativamente às propriedades mecânicas residuais dos BAB após a exposição térmica, onde é avaliada a redução desempenho (em termos médios) em função da temperatura máxima de exposição térmica, assim como se expõem as principais tendências observadas nos ensaios de reacção ao fogo. No final deste capítulo são apresentadas as propostas de desenvolvimentos futuros, com o intuito de aprofundar os conhecimentos relativamente ao comportamento ao fogo de BAB. Finalmente, é apresentada a bibliografia que serviu de base para o presente trabalho de investigação. Após as referências bibliográficas, estão incluídos os anexos, referidos ao longo do texto, consistindo fundamentalmente na apresentação de resultados intermédios dos ensaios realizados ao longo da campanha experimental. 4

23 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 2. Estado de arte 2.1. Introdução O presente estado de arte tem como objectivo o levantamento da informação existente e a apresentação dos resultados obtidos noutras investigações relativamente ao desempenho mecânico de betões com incorporação de agregados reciclados de borracha (BAB) após a exposição a temperaturas elevadas. Assim, em primeiro lugar, procede-se a uma análise das principais propriedades dos agregados reciclados de borracha (AB), bem como a uma comparação entre estes e os agregados naturais (AN). De seguida, aborda-se o desempenho mecânico dos BAB, onde são estudadas as propriedades do betão no estado fresco e no estado endurecido. Posteriormente, são mencionadas as considerações relativas ao comportamento ao fogo de betões quanto submetidos a temperaturas elevadas. Por fim, num âmbito mais directamente relacionado com a presente investigação, são analisados os aspectos referentes às propriedades mecânicas residuais dos BAB após a exposição a temperaturas elevadas e às propriedades de reacção ao fogo Betões com agregados reciclados de borracha A caracterização dos betões com agregados reciclados é influenciada pelas propriedades dos próprios agregados. Assim, neste subcapítulo, são referidas as propriedades dos agregados de borracha (AB), assim como algumas características (mecânicas e de durabilidade) dos betões produzidos com agregados reciclados minerais. Para o efeito, torna-se necessário realizar uma avaliação do desempenho de betões com diferentes taxas de incorporação de AB Propriedades dos agregados reciclados de borracha Neste ponto, são focadas as propriedades principais dos AB e é feita uma comparação destes com os AN. Dessas propriedades destacam-se as seguintes: forma das partículas, massa volúmica, baridade, absorção de água, resistência mecânica e aderência entre os agregados de borracha e a pasta de cimento Forma das partículas A forma das partículas dos agregados influencia fortemente as propriedades do betão relacionadas com a quantidade de água de amassadura, tais como a trabalhabilidade e a compacidade do betão. Assim, as partículas do agregado, ao apresentarem uma geometria mais arredondada e uniforme, influenciam o arranjo dos constituintes na mistura, implicando consequências na trabalhabilidade e compacidade do betão produzido. Segundo Coutinho (1988), as partículas mais arredondadas, ou seja menos angulosas, conduzem a um menor ângulo de atrito interno do betão, implicando assim uma maior trabalhabilidade e compacidade dos betões. Os agregados reciclados de borracha provêm do processo de reciclagem de pneus usados, que pode ser feito através de duas vias: trituração mecânica e trituração criogénica. No primeiro processo, são utilizadas ferramentas mecânicas para se fragmentar a borracha continuamente até se obter a granulometria pretendida. 5

24 Capítulo 2 - Estado da arte No segundo processo, é utilizado azoto líquido para congelar a borracha até temperaturas muito baixas (- 160 o C), para posterior separação das partículas. As partículas que têm origem na trituração mecânica apresentam uma textura rugosa, isto é, com superfície específica elevada, ao passo que as partículas com origem criogénica caracterizam-se por serem uniformes e lisas, com menor superfície específica (Reschner, 2008). Na presente dissertação, optou-se por utilizar apenas AB resultantes da trituração mecânica, uma vez que, tal como Valadares (2009) determinou, não existem diferenças significativas ao nível do desempenho mecânico dos betões produzidos com AB com diferentes origens. A forma das partículas pode ser analisada através de diversos ensaios, tais como o índice de forma, o índice volumétrico, o índice de lamelação e o índice de alongamento, sendo que, na campanha experimental desenvolvida na presente dissertação, se optou por utilizar o ensaio de índice de forma, em conformidade com a norma NP EN (2002) Massa volúmica e baridade A massa volúmica e a baridade (ou massa volúmica aparente) dos agregados são duas propriedades bastante importantes na caracterização do desempenho do betão. Segundo Coutinho (2000), o desempenho do betão será tanto melhor, quanto maior for o valor de massa de volúmica e baridade dos agregados que o constituem. Estas propriedades apresentam, no que respeita aos AB, valores significativamente inferiores aos verificados para os agregados naturais (AN). De acordo com o levantamento bibliográfico efectuado, o Quadro 2.1 compila os valores da massa volúmica e baridade, em função do tipo de agregado. A massa volúmica referida corresponde à massa volúmica das partículas secas em estufa. No mesmo quadro, pode ainda observar-se que existe alguma variabilidade nos resultados referentes aos AB, o que pode ser explicado pela diferente natureza das borrachas utilizadas. Quadro Massa volúmica e baridade dos diversos tipos de agregado Referências/autores Massa volúmica (kg/dm 3 ) Baridade (kg/dm 3 ) Areia Brita Borracha Areia Brita Borracha ALI (1993) ELDIN (1993) ROSTAMI (1993) TOPCU (1995) TOUTANJI (1996) BAYOMY (1999) SEGRE (1999) AKASAKI (2004) ,48-0,35 BIEL* (2004) CAIRNS (2004) GUNEYISI (2004) AKASAKI (2005) ,58 1,54 0,35 MARTINS (2005) ,58 1,50 0,32 PAPAKONSTANTINOU (2006) MARTINS (2007) ,37 1,38 0,47 KHALOO (2008) ,72 1,70 1,15 GARROS (2008) VALADARES e BRAVO (2009) ,48 1,43 0,45 * adaptado de VALADARES (2009) 6

25 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Absorção de água A absorção de água de um determinado tipo de agregado está intrinsecamente relacionada com a porosidade do mesmo, sendo esta uma propriedade que influencia fortemente o desempenho mecânico do betão. De acordo com a bibliografia consultada, os valores de absorção de água dos AB não são consensuais. Assim, alguns autores referem que os valores de absorção de água dos AB se situam, na sua maioria, entre 1 e 2%, como é o caso dos estudos desenvolvidos por Sukontasukkul (2008) e por Valadares e Bravo (2009), que obtiveram valores de absorção de água de 1,05 e 1,78%, respectivamente. Por outro lado, existem investigações que determinaram absorções de água na ordem de 50%, como é o caso da campanha experimental desenvolvida por Khaloo (2008). Esta variabilidade de resultados pode ser explicada por factores como a qualidade das borrachas ensaiadas. No Quadro 2.2 apresentam-se os valores de absorção de água dos AB obtidos pelos diversos autores. Quadro Resultados da absorção de água dos diversos tipos de agregados Absorção de água dos diversos tipos de agregados (%) Referências / autores Areia Brita Borracha BARLUENGA (2002) GARROS (2006) 1,9 1,1 Insignificante SUKONTASUKKUL (2006) - - 1,70 e 1,01 (fina e grossa) KHALOO (2008) 5,01 2,66 49,56 SUKONTASUKKUL (2008) - - 1,05 VALADARES e BRAVO (2009) 0,52 1,15 1, Resistência mecânica Os ensaios de resistência mecânica respectivos aos AB mais utilizados são os de dureza, dado que para além de serem simples, fornecem uma boa estimativa da resistência do agregado. A dureza de um determinado material define-se como a capacidade que este possui de resistir às deformações permanentes, existindo diversos métodos para a caracterizar, que variam consoante o tipo de material em questão. Daí que se torne muitas vezes difícil a comparação da dureza entre diferentes tipos de materiais. No caso do granulado de borracha, a dureza pode ser determinada através do método Rockwell, cujo ensaio é realizado com o equipamento durómetro shore. Este método consiste na aplicação de uma carga normalizada sobre a amostra, que produz uma impressão sobre a mesma, sendo posteriormente determinada a dureza em função do grau de profundidade ou tamanho da impressão. Segundo a empresa BIOSAFE, responsável pelo fornecimento do granulado de borracha utilizado na presente dissertação, a dureza dos AB está compreendida entre 50 e 60 Shore A, valores corroborados por Campos (2006) e Khaloo et al. (2008), que, nas suas campanhas experimentais, obtiveram durezas de 60 e 53 Shore A, respectivamente. Por fim, refira-se que na presente dissertação não foi realizado o ensaio de resistência ao desgaste Los Angeles aos AB, uma vez que este não seria adequado tendo em conta o tipo de material a ensaiar (a borracha apresenta deformabilidade bastante elevada). Esta conclusão vai ao encontro dos resultados obtidos 7

26 Capítulo 2 - Estado da arte nas campanhas experimentais de Valadares e Bravo (2009), que obtiveram valores nulos (ausência de desgaste) para o referido ensaio Aderência entre os agregados de borracha e a pasta de cimento A eficácia da aderência entre os agregados de borracha (AB) e a pasta de cimento afecta o desempenho mecânico do betão, sendo que, na maioria dos estudos realizados, se constatou que há um decréscimo de propriedades como a resistência à compressão, a resistência à flexão e a retracção, associado à menor capacidade de aderência entre os AB e a pasta de cimento do betão. Os estudos realizados procuraram não só explicar a ligação entre a borracha e a pasta de cimento, mas também desenvolver novas soluções de tratamento dos AB de forma a melhorar o comportamento mecânico do betão. A capacidade de aderência entre os AB e a pasta de cimento desenvolve-se na denominada zona de transição do betão, que compreende a área respectiva à transição entre os agregados e a pasta de cimento e que é a responsável pela resistência mecânica dos betões. Bonnet et al. (2004) investigaram essas zonas, recorrendo a métodos de observação microscópica, constatando uma maior fragilidade nas zonas de transição entre agregados de borracha / pasta de cimento, relativamente às zonas de transição entre agregados naturais / pasta de cimento. Com o intuito de melhorar a aderência entre a borracha e a matriz cimentícia, Rostami et al. (1993) submeteram agregados grossos de borracha utilizados na produção de betões a vários tipos de tratamentos com água, analisando a variação da resistência à compressão dos betões com diferentes taxas de incorporação de agregados de borracha (de 0 a 100%). Os autores concluíram que a lavagem apenas com água provocou um aumento de resistência à compressão de 16% face a um betão com borracha não tratada, facto justificado pela presença de impurezas na borracha, provenientes do processo de trituração do material. As campanhas experimentais promovidas por Joekes et al. (2000) e por Segre et al. (2002), que consistiram na avaliação do comportamento de betões com incorporação de AB de dimensão inferior a 500 μm, previamente tratados com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) durante 20 minutos, permitiram concluir que o tratamento executado melhorou as propriedades mecânicas (resistência à flexão e energia de fractura) dos betões com borracha. No entanto, os mesmos autores não observaram diferenças significativas relativamente à resistência à compressão, permitindo concluir que, possivelmente, a redução de resistência não está relacionada com a falta de aderência entre a borracha e a pasta de cimento, mas sim com o comportamento apresentado pela borracha no interior do betão, que se caracteriza por ser semelhante a um vazio. Albano et al. (2005) estudaram a influência do pré-tratamento das borrachas com solução de hidróxido de sódio (NaOH) ou com um silano do tipo A-174, nas propriedades mecânicas do betão com incorporação de borracha. Através da comparação com betões cujas borrachas não tinham sido pré-tratadas, os autores concluíram que o tratamento das partículas não provocou grandes alterações na consistência e na massa específica dos compósitos. No respeitante à resistência à compressão e à tracção, através da Figura 2.1, pode observar-se que o pré-tratamento não apresentou qualquer influência nos valores observados, quando comparado com os betões cuja borracha não tinha sido pré-tratada. Deste modo, não é possível concluir se o tratamento das partículas de borracha efectuado antes da sua aplicação no betão melhora as características do compósito, ou se é o comportamento da borracha como 8

27 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha vazio que determina a redução de algumas das propriedades dos betões com ela produzidos (Giacobbe, 2008). Figura Comparação de propriedades mecânicas entre betões produzidos com partículas de borracha de 0,59 mm e 0,29 mm, com e sem tratamento (adaptado de Albano et al., 2005) Propriedades dos betões com agregados reciclados de origem mineral Neste subcapítulo, são abordadas, muito sucintamente, as principais propriedades do betão produzidos com agregados reciclados de origem mineral, tanto no estado fresco como no estado endurecido. O objectivo é poder estabelecer uma base de comparação, contribuindo para uma melhor compreensão do comportamento dos betões fabricados com agregados reciclados de borracha Trabalhabilidade e massa volúmica Ao nível do estado fresco, um betão produzido com agregados reciclados de origem mineral, seja ela pétrea ou cerâmica (ARM), com a mesma relação água / cimento (a/c) e com a mesma composição do betão de referência (BR), possui, relativamente a este último, uma trabalhabilidade inferior, devido à maior capacidade de absorção de água e à maior rugosidade que os ARM possuem. Quanto à massa volúmica, tanto para o estado fresco como para o estado endurecido, denota-se uma redução no betão produzido com ARM comparativamente ao BR, desde que ambos apresentem a mesma trabalhabilidade e curva granulométrica. Esta redução mostra-se proporcional à taxa de substituição de agregados primários (AP) por ARM, uma vez que estes possuem menor massa volúmica e uma morfologia mais angulosa, o que contribui para um aumento do índice de vazios (Brito, 2005) Resistência à compressão A substituição de AP por ARM parece não exercer grande influência na resistência à compressão dos betões com eles produzidos (mantendo-se a curva granulométrica e a trabalhabilidade do BR), face a um BR, como foi demonstrado por diversos autores. Segundo Gomes (2007), a incorporação de agregados grossos reciclados de betão (AGRB) (100% pétreos ou 75% pétreos e cerâmicos) não tem grande influência na resistência à compressão, mas denota-se que, para os cerâmicos, existe uma redução da resistência à compressão que aumenta com a taxa de substituição. Matias (2005) observou uma redução pouco significativa na resistência à compressão com o aumento da taxa de substituição de agregados grossos primários (AGRP) por AGRB. Na mesma linha, Evangelista (2007) não detectou uma tendência de 9

28 Capítulo 2 - Estado da arte diminuição ou aumento da resistência à compressão em betões produzidos com agregados finos reciclados de betão (AFRB), visto que há um aumento da quantidade absoluta de cimento com a taxa de substituição que compensa a maior porosidade da estrutura da matriz da argamassa. Por outro lado, alguns autores não corroboraram estes resultados, demostrando uma influência da taxa de substituição na resistência à compressão dos betões produzidos com ARM. Na mesma linha, Ferreira (2007) observou uma diminuição da resistência à compressão com o aumento da taxa de substituição de AP por ARM Resistência à tracção A resistência à tracção, avaliada por tracção pura, por flexão ou por compressão diametral, é dependente da textura do agregado e da tensão de rotura à tracção deste. Esta propriedade aumenta com a dosagem de cimento e diminui com a relação a/c (Coutinho, 1998). Por conseguinte, se for observada uma redução na resistência à tracção dum betão com agregados reciclados face a um betão de referência, esta será explicada pelo aumento da relação a/c que está ligada à compensação que é necessário fazer de forma a manter a trabalhabilidade, visto que os agregados reciclados possuem maior capacidade de absorção de água (Brito, 2005) Propriedades dos betões com agregados reciclados de borracha No presente subcapítulo, procede-se a uma análise específica das propriedades do betão no estado fresco e no estado endurecido, ao nível do seu desempenho mecânico, sendo expostos os resultados obtidos noutras investigações sobre esta matéria. As propriedades discutidas são a trabalhabilidade, a massa volúmica, a resistência à compressão e a resistência à tracção (por compressão diametral) Trabalhabilidade A trabalhabilidade é uma característica que envolve diversas propriedades físicas do betão, tais como a coesão, a viscosidade, a segregação e a exsudação. Uma vez que a trabalhabilidade influencia o desempenho do betão, quer no estado fresco, quer no estado endurecido, a comparação entre vários betões só pode ser feita se estes apresentem trabalhabilidades semelhantes (Brito, 2005). A trabalhabilidade de um betão no seu estado fresco é quantificada através do ensaio de abaixamento do cone de Abrams, definindo-se uma margem de tolerância para o valor do abaixamento. Na presente dissertação, decidiu-se impor um valor de ±10 mm para essa margem, para que os betões produzidos possuíssem abaixamentos semelhantes. Eldin (1993), na sua campanha experimental, procurou estabelecer uma relação entre o tipo de substituição (finos ou grossos) e o abaixamento do betão. O autor concluiu que, quanto maior é a dimensão do granulado utilizado, maior é a perda de trabalhabilidade. Guneyisi (2007) concluiu que há um decréscimo do abaixamento do cone de Abrams com o aumento da taxa de substituição de AN por AB. No entanto, o mesmo autor verificou que, para uma relação a/c menor, esse decréscimo não é tão pronunciado. Giacobbe (2008), baseando-se nos resultados da sua campanha experimental, afirma que se torna necessário estabelecer diferentes relações água / cimento (a/c) para que o betão de referência (BR) e o BAB possuam trabalhabilidades semelhantes. Para uma taxa de substituição de borracha de 15%, o autor 10

29 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha conseguiu obter trabalhabilidades semelhantes para o BR e para os BAB, definindo, aquando da produção dos betões, valores de a/c iguais a 0,52 e 0,60, respectivamente. Cairns et al. (2009) obtiveram abaixamentos próximos de zero para BAB com percentagens de substituição de AN por AB superiores a 50%. Segundo estes autores, este resultado é devido à reduzida baixa massa volúmica do granulado de borracha e da morfologia angulosa do mesmo, que desenvolve um maior atrito com a pasta de cimento. Na mesma linha, Bravo e Valadares (2009) realizaram uma campanha experimental onde foram produzidos betões com diversas taxas de incorporação (em finos e grossos). No Quadro 2.3, podem-se observar os valores de a/c utilizados para a produção de betões, em função da composição, sendo possível constatar a tendência observada pelas investigações supra mencionadas, uma vez que para manter a trabalhabilidade, foi necessário aumentar a relação a/c. No entanto, a relação a/c foi conseguida em função de abaixamentos obtidos em betões com outras relações a/c durante uma fase experimental pré-definitiva, o que leva a concluir que há uma elevada probabilidade de erro caso esta difira da fase definitiva de betonagens (devido a factores como o tipo de betonagens, o tipo de betoneira utilizada e/ou condições climatéricas). Quadro Relações a/c e abaixamentos do cone de Abrams em função do tipo de betão (Bravo e Valadares, 2009) Relação a/c Abaixamento do cone de Abrams BR (betão referência) 0,45 93 mm 0,43 B05F (5% de substituição. em finos) 0,44 88 mm 0,43 B15F (15% de substituição em finos) 0,48 87 mm 0,47 B05G (5% de substituição em grossos) 0,44 87 mm 0,44 B15G (15% de substituição em grossos) 0,49 88 mm 0,48 B10FG (10% de substituição em finos e grossos Relação a/c adoptada 0,45 80 mm 0,45 Por outro lado, Li et al. (2004), ao produzirem betões com uma taxa de incorporação de agregados grossos de borracha de 15%, verificaram que esta substituição não introduziu qualquer variabilidade na consistência e no teor de ar dos betões, demonstrando que a trabalhabilidade não é afectada para taxas de substituição de grossos até 15%. Por sua vez, Khaloo et al. (2008) observaram uma tendência de diminuição de abaixamentos com o aumento da taxa de substituição de agregados grossos naturais (AGN) por agregados grossos de borracha (AGB), como se pode ver pela Figura 2.2. Quando a substituição é feita nos finos e grossos simultaneamente, observa-se que os resultados obtidos são intermédios dos que resultariam da substituição apenas nos finos e apenas nos grossos. Adicionalmente, os mesmos autores verificaram que, para a substituição combinada de finos e grossos, a trabalhabilidade não sairia afectada para taxas de incorporação de borracha inferiores a 20%. 11

30 Capítulo 2 - Estado da arte Figura Abaixamento do cone de Abrams de betões com diferentes taxas de incorporação de borracha (adaptado de Khaloo et al., 2008) A bibliografia consultada mostra, na sua generalidade, que existe uma tendência para que ocorra um decréscimo de trabalhabilidade com o aumento da taxa de substituição de AN por AB. No entanto, face aos resultados de outras investigações (Li (2004) e Khaloo et al. (2008)), é plausível afirmar que existem outros factores (tais como a forma e extensão da granulometria das partículas de borracha) que podem ter uma contribuição não negligenciável para a trabalhabilidade dos betões produzidos, comprometendo a tendência observada Massa volúmica A massa volúmica do betão no seu estado fresco é influenciada por dois factores: a massa volúmica dos seus constituintes e o tipo de compactação que é executado, sendo que o primeiro assume uma maior preponderância no valor da massa volúmica do betão. Nas Figura 2.3, Figura 2.4 e Figura 2.5, pode-se observar um resumo do levantamento bibliográfico realizado relativamente à massa volúmica (no estado fresco) dos BAB com substituições de AFN (agregados finos naturais), de AGN, e de AFN e AGN (simultaneamente) por AFB (agregados finos de borracha), por AGB, e por AFB e AGB (simultaneamente), respectivamente. Como se pode observar pelas figuras, existe unanimidade no que refere ao decréscimo da massa volúmica entre o BR e os BAB, mantendo a mesma trabalhabilidade e curvas granulométricas. Deste modo, infere-se que a variação observada é devida principalmente à diferença entre a massa volúmica dos AN e dos AB. Por outro lado, segundo a maioria dos autores, é possível estabelecer uma relação entre a dimensão dos AB e a diminuição de massa volúmica. Assim, quanto menor é a dimensão dos AB, maior é o decréscimo de massa volúmica no estado fresco dos BAB, o que, segundo os autores indicados, se deve à maior porosidade dos betões com incorporação de agregados finos de borracha (BAFB) relativamente aos betões com incorporação de agregados grossos de borracha (BAGB). 12

31 Massa volúmica no estado fresco (kg/dm 3 ) Massa volúmica no estado fresco (kg/dm 3 ) Massa volúmica no estado fresco (kg/dm 3 ) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha y = -20,775x ,8 R² = 0, Albano et al. (2005) Khaloo et al. (2005) Adaptado de Kenny et al. (2004) Adaptado de Giacobbe (2008) Bravo e Valadares (2009) Linear () Taxa de substituição de AFN por AFB (% do volume total de agregados) Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AFN por AFP Garros et al. (2008) y = -17,287x R² = 0, Khaloo et al. (2005) Adaptado de Asi et al. (2008) Bravo e Valadares (2009) Linear () Taxa de substituição de AGN por AGB (% do volume total de agregados) Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AGN por AGP y = -17,695x R² = 0,8935 Khaloo et al. (2005) Bravo e Valadares (2009) Linear () Taxa de substituição de AFN e AGN por AFB e AGB (% do volume total de agregados) Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AFN e AGN por AFP e AGP 13

32 Capítulo 2 - Estado da arte Resistência à compressão Um dos factores mais importantes na caracterização do desempenho mecânico do betão é a sua resistência à compressão. Como tal, existe uma grande variedade de estudos (Giacobbe (2008), Khaloo (2008), Valadares (2009), entre outros) que procuraram relacionar a resistência à compressão com a taxa de incorporação de borracha no betão. No entanto, uma vez que há uma elevada variabilidade de materiais, dosagens e tipo de provetes utilizados nos diferentes trabalhos, torna-se muitas vezes difícil efectuar uma comparação directa e coerente de resultados. Assim, por uma questão de facilidade de interpretação optou-se por adoptar uma metodologia de análise baseada na perda de resistência. Com o objectivo de analisar a influência da percentagem de granulado de borracha na resistência à compressão do betão, são apresentados os gráficos com os dados respectivos aos diversos investigadores, que relacionam o valor relativo (em %) da resistência à compressão com a taxa de substituição, em função da dimensão das partículas de borracha (apenas finos - Figura 2.6, apenas grossos - Figura 2.7 ou finos e grossos simultaneamente - Figura 2.8). Figura Resistência à compressão aos 28 dias de betões com borracha por substituição nos finos (Valadares, 2009) Figura Resistência à compressão aos 28 dias de betões com borracha por substituição nos grossos (Valadares, 2009) 14

33 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Resistência à compressão aos 28 dias de betões com borracha por substituição nos finos e grossos (Valadares, 2009) Existe, como se pode observar pelas figuras, uma elevada dispersão de resultados obtidos pelos diversos estudos. No entanto, a análise das mesmas permite retirar algumas conclusões, as quais se apresentam de seguida. A resistência à compressão do betão diminui com a taxa de incorporação de AB, independentemente da dimensão das partículas de AB. Tal facto deriva, segundo a bibliografia, das diferenças relativas às propriedades físicas entre a borracha e os agregados naturais, já que a borracha, por ter uma rigidez inferior à dos restantes materiais, tem uma contribuição reduzida para a resistência global. Vários autores (Khaloo (2008), Guneyisi (2004) e Biel (2004)) referem que a rotura prematura dos provetes se deve à propagação de fissuras resultantes do desenvolvimento de tensões junto à periferia das partículas de borracha. Por sua vez, Topçu (1996) afirma que o granulado de borracha promove o aparecimento de tensões de tracção, que se desenvolvem na direcção perpendicular à aplicação da carga, e que resultam na rotura prematura do provete. Giacobbe (2008) concluiu que a borracha introduzida no betão possui um comportamento semelhante aos vazios, através da correlação dos seus resultados com os de outros investigadores (Khatib e Bayomy (1999) e Ghaly e Cahill (2005)) que defendiam o mesmo conceito. Para efectuar tal correlação, o autor recorreu à teoria de Abrams (1924), que possibilita a previsão da resistência à compressão do betão com base na relação a/c adoptada. Para se poder estudar a influência da dimensão do agregado de borracha substituído na resistência à compressão, é necessário analisar os trabalhos de investigação que contemplam a substituição em separado nos finos e nos grossos. Os resultados determinados nas campanhas experimentais promovidas por Khatib e Bayomy (1999) e por Topçu (1996) mostram uma menor redução da resistência à compressão quando a substituição é feita nos finos. No entanto, os resultados obtidos por Khaloo (2008) não estão em concordância com esta tendência, já que mostram uma menor redução da resistência à compressão para substituições feitas nos grossos, até 25% (para taxas de substituição superiores a 25%, os resultados invertem-se). 15

34 Capítulo 2 - Estado da arte O estudo do desempenho mecânico do betão deve também incidir sobre o conhecimento da evolução da sua resistência à compressão ao longo do tempo.segundo Cairns et al. (2004) e Giacobbe (2008) não há qualquer interferência da introdução de borracha na evolução da resistência à compressão. A mesma tendência foi observada por Valadares (2009), que concluiu que a resistência à compressão de betões com incorporação de borracha tem uma evolução idêntica à dos betões convencionais, já que, para idades mais jovens, denota-se um acréscimo de resistência substancialmente maior do que para idades posteriores (Figura 2.9). O mesmo autor conclui também que, à medida que a taxa de substituição aumenta, a diferença da perda de resistência para idades distintas diminui. Contudo, os resultados de Fedroff (1996) contrariam esta última constatação, denotando que, para betões com idades mais jovens, a perda de resistência aumenta com a taxa de incorporação de borracha. Figura Evolução da resistência à compressão da mistura B15 (B15F - 15% de substituição de AFB; B15F* - 15% de substituição de AFB de origem criogénica; B15FG - 15% de substituição de AFB e AGB e B15G - 15% de substituição de AGB) (Valadares, 2009) Resistência à tracção por compressão diametral A resistência à tracção é uma propriedade do betão que avalia, sobretudo, a capacidade de resposta do elemento aos estados limite de utilização, no que diz respeito à sua fendilhação e deformação. Tal como sucede com a resistência à compressão, existe uma grande variedade de investigações sobre a resistência à tracção de betões com granulado de borracha. Neste subcapítulo, procedeu-se ao mesmo tipo de análise que foi feito para a resistência à compressão, distinguindo os resultados dos estudos em função da dimensão das partículas utilizadas. Foram excluídos da presente análise os estudos que não tenham utilizado o ensaio de resistência à tracção por compressão diametral, uma vez que a variabilidade de resultados referentes aos mesmos está fora do âmbito da presente dissertação. Com o objectivo de analisar a influência da percentagem de granulado de borracha na resistência à tracção do betão, são apresentados os gráficos com os dados relativos aos diversos investigadores, que relacionam o valor relativo (em %) da resistência à tracção com a taxa de substituição, em função da dimensão das partículas de borracha (apenas finos - Figura 2.10 e apenas grossos - Figura 2.11). 16

35 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Percentagem da resistência à tracção por compressão diametral aos 28 dias de betões por substituição nos finos (Valadares, 2009) Figura Percentagem da resistência à tracção por compressão diametral aos 28 dias de betões por substituição nos grossos (Valadares, 2009) A análise dos gráficos revela que existe uma elevada dispersão de resultados obtidos nos diversos estudos. No entanto, é possível concluir que, para a generalidade dos autores, ocorre um decréscimo de resistência à tracção no betão com o aumento da taxa de substituição de granulado de borracha, independentemente desta substituição ser feita nos grossos ou nos finos. Esta tendência é justificada, tal como referido aquando da resistência à compressão, pelo comportamento do granulado de borracha no interior do betão semelhante a um vazio, associado à sua reduzida rigidez quando comparada com a dos restantes materiais, o que provoca tensões acrescidas na periferia da borracha resultando na rotura do material. 17

36 Capítulo 2 - Estado da arte À semelhança da resistência à compressão, procurou-se estabelecer uma relação entre a dimensão das partículas de borracha substituídas e a resistência à tracção por compressão diametral do betão. As campanhas experimentais que estudaram a resistência à tracção por compressão diametral de betões com incorporação de partículas finas e grossas de borracha (Topçu (1996), Khatib (1998), Pierce (2004) e Valadares (2009)) não demonstraram qualquer influência da dimensão do granulado de borracha na resistência à tracção por compressão diametral. A justificação para tal pode residir na falta de eficácia da aderência entre o agregado e a matriz cimentícia (tal como referido no subcapítulo ), que assume maior preponderância no caso particular da resistência à tracção, devido ao tipo de tensões que se desenvolvem Comportamento ao fogo de betão Este capítulo tem como objectivo a caracterização do comportamento ao fogo de betão convencional, ou seja, sem qualquer introdução de agregados de origem reciclada. As propriedades do material assumem, ao nível da resistência ao fogo de um determinado elemento, um papel importante na manutenção do desempenho global da estrutura. Assim, o betão apresenta algumas características que o tornam um material interessante sob o ponto de vista do comportamento ao fogo, tais como a incombustibilidade e o reduzido coeficiente de transmissão térmica (por exemplo, quando comparado com o aço), o que o torna num bom isolante térmico. Contudo, numa situação de incêndio, denota-se uma perda / degradação das propriedades mecânicas do betão com o aumento da temperatura devido às reacções físico-químicas, que, associadas a outros fenómenos resultantes da exposição a altas temperaturas, pode comprometer a funcionalidade estrutural do elemento em questão. Dentro desses fenómenos, refere-se a perda de aderência que se manifesta entre as armaduras de aço e o betão que as recobre (devido ao diferencial térmico resultante da exposição ao fogo) e a perda significativa da espessura do recobrimento do betão, que é resultante do efeito de spalling, ou seja, desprendimento por rotura repentina do betão Acção de incêndio segundo o EC Generalidades e verificação da resistência ao fogo O Eurocódigo 1 - parte 1.2 (EC1 - parte 1.2, 2002) documenta a regulamentação em vigor no que diz respeito à determinação e avaliação das acções térmicas e mecânicas sobre estruturas expostas ao fogo. De acordo com o previsto no referido documento, para se realizar uma análise estrutural em situação de incêndio, devem ser tidas em conta as seguintes fases de execução: (i) selecção dos cenários de incêndio de cálculo (ou de projecto) relevantes, (ii) determinação dos incêndios de cálculo correspondentes, (iii) cálculo da evolução da temperatura no interior dos elementos estruturais e (iv) cálculo do comportamento mecânico da estrutura exposta ao fogo. O comportamento mecânico da estrutura depende não só das acções térmicas e do seu efeito térmico sobre as propriedades dos materiais, mas também do efeito directo das acções mecânicas. O cálculo estrutural em relação à acção do fogo envolve a aplicação de acções sobre os elementos em análise, nomeadamente as térmicas e as mecânicas. As acções relativas aos efeitos térmicos dependem 18

37 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha sobretudo das características dos elementos expostos e da envolvente do incêndio e são classificadas, segundo a norma NP EN 1990:2002, como acções de acidente. Como tal, para caracterizar a situação de projecto acidental, os cenários de incêndio de cálculo relevantes, assim como os incêndios de cálculo respectivos a esses cenários, é necessário proceder a uma avaliação do risco associado ao incêndio. Assim, tendo em conta o cenário de incêndio de cálculo, deve ser avaliado um incêndio de cálculo, que é aplicado a um único compartimento de incêndio de cálculo, exceptuando as situações que exijam a realização de estudos adicionais. A resistência ao fogo de um elemento é avaliada através da sua capacidade de desempenhar as funções para o qual foi projectado (função de suporte de cargas e/ou função de compartimentação), para um nível de carga específico, quando sujeito a uma situação de incêndio específica e durante um período de tempo especificado. A verificação de segurança ao fogo pode ser efectuada em três domínios distintos: tempo, capacidade resistente e temperatura (Figura 2.12). 1. No domínio do tempo: (2.1) 2. No domínio da capacidade resistente: (2.2) 3. No domínio da temperatura: (2.3) em que, - valor de cálculo da resistência ao fogo; - tempo de resistência ao fogo requerido regularmente; - valor de cálculo da resistência do elemento na situação de projecto de incêndio (no instante t); - valor de cálculo dos efeitos relevantes das acções na situação de projecto de incêndio (no instante t); - valor de cálculo da temperatura dos materiais; - valor de cálculo da temperatura crítica dos materiais. Figura Domínios de verificação da resistência ao fogo; 1 - tempo, 2 - resistência e 3 - temperatura (Gonçalves, 2008) 19

38 Capítulo 2 - Estado da arte Acções térmicas: transmissão de calor Os três modos de transmissão de calor habitualmente considerados são a condução, a convecção e a radiação. A condução define-se como o processo de propagação de calor no interior de sólidos e fluidos em repouso por contacto ou por aquecimento, da matéria mais quente para a matéria mais fria, sem que haja transporte da matéria. O fenómeno da condução de calor pode ser descrito matematicamente através da função proposta por Fourier (lei de Fourier). Assim, no caso unidimensional, admitindo a produção interna de calor como nula, a expressão da condução é dada por: (2.4) em que, - densidade de fluxo de calor no interior do corpo, expressa em W/m 2 ; - coeficiente de condutibilidade térmica, expresso em W/mºC; - temperatura no interior do elemento; - coordenada de posição. O processo de convecção verifica-se quando determinadas partes de um sistema estão em movimento, transportando com elas o calor que receberam por contacto com partes fixas mais quentes ou no seu próprio seio, devido à dissipação interna (reacção química). Deste modo, a convecção possui uma forte relação de dependência com factores como a geometria do compartimento, a natureza do escoamento (natural ou forçado) e as propriedades termodinâmicas dos gases. De acordo com as leis da termodinâmica, o calor à superfície de um determinado corpo é transformado em radiação electromagnética que se propaga para o vazio. Esta radiação tem um comprimento de onda mais elevado do que a luz visível, que se localiza no domínio dos infravermelhos do espectro electromagnético. Assim, ao atingir a superfície de outro meio, uma parte é reflectida, outra é transmitida e outra é absorvida, transformando-se em calor. Como consequência, tem-se uma transferência de calor de um corpo para outro, sob a forma de radiação electromagnética. As solicitações térmicas são consideradas como acções do fluxo de calor efectivo sobre o elemento em questão, ou seja, energia efectivamente absorvida pelos elementos por unidade de tempo e de área. Esta subdivide-se em duas parcelas, uma relacionada com a convecção e outra com a radiação. A densidade de fluxo de calor incidente num determinado elemento, por unidade de área, é dada pela seguinte expressão: (2.5) sendo e calculados por: (2.6) (2.7) em que, - densidade de fluxo de calor incidente na superfície fronteira do elemento devido à convecção (W/m 2 ); - coeficiente de transmissão de calor por convecção (W/m 2 K); - temperatura dos gases na vizinhança do elemento; 20

39 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha - temperatura na superfície do elemento; - densidade de fluxo de calor incidente na superfície fronteira do elemento devido à radiação (W/m 2 ); - factor de configuração que, segundo o EC1 - parte 1.2 (2002), deve ser considerado igual a 1,0 (considera-se assim que a totalidade da energia libertada sob a forma de radiação incide no elemento exposto); - emissividade da superfície do elemento (em situações correntes, adopta-se o valor 0,8); - emissividade do compartimento de incêndio (em situações correntes, adopta-se o valor 1,0); - constante de Stephan Boltzmann (de valor igual a 5, W/m 2 K 4 ); - temperatura de radiação na vizinhança do elemento (ºC); - temperatura na superfície do elemento Acções térmicas: o incêndio Para se originar um incêndio, é necessária a existência simultânea de três elementos: comburente (normalmente oxigénio), combustível e uma fonte de calor. A partir do momento em que existe uma concentração de mistura combustível / comburente suficientemente quente para que possa ocorrer a combustão, dá-se início ao incêndio. Um incêndio pode ser descrito, ao longo do tempo, através da conjugação de quatro fases principais: ignição, propagação, desenvolvimento pleno e arrefecimento (ou fase de extinção). Na Figura 2.13, está representada a curva típica de incêndio natural. Figura Curva de incêndio natural; a - fase de ignição, b - fase de propagação, c - fase de desenvolvimento pleno, d - fase de extinção (Gonçalves, 2008) A primeira fase (fase de ignição - a) tem início se existir oxigénio e energia suficiente para activar o material combustível. Esta energia pode ter diversas origens, geralmente acidentais, tais como um curtocircuito, pontas de cigarro, entre outras. Durante esta fase, as temperaturas permanecem relativamente reduzidas não tendo qualquer influência no comportamento do edifício. As fases de propagação (b) e desenvolvimento pleno (c) ocorrem quando existe a presença de oxigénio sob alguma forma de ventilação. Na fase de propagação, a energia térmica é transferida por contacto directo ou por radiação, resultando no fenómeno denominado por flashover, que consiste na inflamação súbita dos 21

40 Capítulo 2 - Estado da arte gases e na generalização do fogo a todo o compartimento. Este fenómeno geralmente ocorre entre 450 e 600 ºC, instante a partir do qual as temperaturas sofrem um aumento significativo. Na fase de desenvolvimento pleno, dá-se a queima do material e as temperaturas tendem a estabilizar. Por fim, durante a fase de declínio (extinção ou arrefecimento - d), consome-se o resto do combustível ainda existente, havendo também a possibilidade de intervenção dos bombeiros, o que resulta numa diminuição da quantidade de calor libertada. Os incêndios naturais distinguem-se em dois tipos: (i) os incêndios controlados pela ventilação e (ii) os incêndios controlados pela carga de incêndio. Os incêndios controlados pela carga de incêndio são aqueles em que existe uma quantidade suficiente de oxigénio para que a taxa de combustão dependa apenas do combustível (tipo e quantidade). Por outro lado, se as aberturas de ventilação possuem dimensão demasiado reduzida quando comparadas com a dimensão total do incêndio, não existem condições para que ocorra o desenvolvimento do oxigénio, o que corresponde a uma situação de incêndio controlado pela ventilação Acções térmicas: curvas de incêndio Uma vez que existe uma dificuldade inerente à simulação de um incêndio real num compartimento, foram definidos modelos normalizados de curvas tipo que descrevem a evolução da temperatura no interior do compartimento em função do tempo. O EC1 - parte 1.2 (2002) distingue estas curvas em dois grupos: curvas de incêndio nominais e curvas de incêndio paramétricas. As curvas de incêndio nominais (ou curvas convencionais) são aplicadas na classificação ou verificação de resistência. O EC1 - parte 1.2 (2002) define três tipos de curvas de incêndio nominais: curva de incêndio padrão ISO 834: (2.8) curva de incêndio para elementos exteriores: (2.9) curva de incêndio de hidrocarbonetos: (2.10) em que, - temperatura do gás na vizinhança do elemento (ºC); t - tempo (em minutos). Na Figura 2.14, pode-se observar o desenvolvimento dos três tipos de curvas referidos. É possível constatar que nenhuma das curvas possui fase de ignição, extinção ou arrefecimento. Contudo, a experiência revela que os efeitos produzidos nas estruturas aquando de um incêndio se assemelham a estes modelos matemáticos, o que resulta num razoável paralelismo entre os modelos de fogo normalizados e os modelos de fogo reais (Correia, 1999). 22

41 Temperatura (ºC) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Padrão (ISO 834) Elementos exteriores Hidrocarbonetos Tempo (min) Figura Curvas de incêndio nominais (EC1 - parte 1.2, 2002) A curva ISO 834 é aplicada na avaliação da capacidade resistente de estruturas de edifícios, sendo que a maioria dos ensaios experimentais e métodos de cálculo é baseada nesta curva. A curva procura representar, o mais fiavelmente possível, um incêndio num edifício tipo onde a carga de incêndio provém de materiais como a madeira, papel ou tecido. A temperatura vai aumentando infinitamente com o tempo, contudo, num incêndio real, verifica-se uma diminuição da mesma quando a maior parte do material combustível tiver ardido. A partir da da figura, denota-se, durante a primeira hora, um aumento significativo de temperatura (de 20 até 840 ºC), atingindo a temperatura de 1000 ºC ao fim de 87 minutos. A curva de hidrocarbonetos foi desenvolvida durante a década de 1970 com o objectivo específico de conseguir reproduzir o tipo de incêndio relativo às indústrias offshore e petroquímicas. Assim, a sua aplicação é referente a situações de incêndio mais agressivas, uma vez que utiliza combustíveis compostos por materiais inflamáveis (querosene, gasolina, diesel). A sua evolução ao longo do tempo é caracterizada por um rápido crescimento durante os 5 minutos iniciais (até temperaturas na ordem de 900 ºC), atingindo um pico de 1100 ºC após 45 minutos. Esta curva representa uma densidade de fluxo de calor de 200 kw/m 2. A curva de incêndio para elementos exteriores é a menos severa das três mencionadas, já que a sua aplicação pressupõe que os elementos não estejam em contacto directo com o incêndio. Relativamente às curvas de incêndio paramétricas, estas relacionam-se com aspectos como a densidade de carga de incêndio, as condições de arejamento e a disposição das paredes envolventes do compartimento. A duração do incêndio tende a aumentar com a densidade de carga. Contudo, grandes aberturas de ventilação aumentam a rapidez de incêndio, tornando-o mais perigoso. As paredes envolventes influenciam a evolução da temperatura, uma vez a sua capacidade de absorverem energia limita o aumento de temperatura do incêndio. Os limites de aplicabilidade das curvas paramétricas são os seguintes: carga de incêndio totalmente consumida; ausência de aberturas no tecto; área em planta inferior ou igual a 500 m 2 ; pé-direito inferior ou igual a 4 m. 23

42 Capítulo 2 - Estado da arte As curvas paramétricas traduzem de forma mais realista o incêndio relativamente às curvas nominais, uma vez que possuem, ao contrário destas últimas, uma fase de extinção, o que contribui para um melhor conhecimento dos diversos parâmetros que influenciam a extinção e o desenvolvimento dos incêndios Propriedades mecânicas do betão a temperaturas elevadas O desempenho mecânico do betão após a exposição a altas temperaturas tem vindo a ser alvo de investigação desde 1940, por autores como Menzel (1943), Malhotra (1956) ou Abrams (1971). A investigação realizada neste âmbito pode ser subdividida em duas vertentes: a que foca o comportamento do material e a que incide sobre o estudo do comportamento estrutural. Assim, no que diz respeito aos trabalhos referentes ao comportamento do material, o objectivo principal da investigação é a avaliação da influência de temperaturas elevadas nas propriedades mecânicas do betão, tais como a resistência à compressão, a resistência à tracção ou o módulo de elasticidade. Relativamente ao comportamento estrutural, os estudos são relativos ao desempenho de um determinado elemento estrutural de betão armado (vigas, pilares ou lajes) Tipos de ensaio de caracterização das propriedades mecânicas a temperaturas elevadas Os autores Phan e Carino (2000) diferenciaram os ensaios relativos ao estudo das propriedades mecânicas do betão quando submetido a temperaturas elevadas em três grupos: (a) ensaios realizados em provetes sujeitos a carregamento durante o aquecimento, (b) ensaios realizados em provetes não sujeitos a carregamento durante o aquecimento e (c) ensaios de determinação das propriedades residuais em provetes não sujeitos a carregamento durante o aquecimento. Na Figura 2.15, encontram-se esquematizados os três tipos de ensaios, onde é representada, para cada tipo, a evolução da temperatura e da carga em função do tempo. Figura Regimes de temperatura e carga durante os vários tipos de ensaio (adaptado de Phan e Carino, 2000) Nos ensaios realizados em provetes sujeitos a carregamento durante o aquecimento, é aplicada uma précarga ao provete antes da exposição térmica. Esta carga é mantida constante enquanto a temperatura é aumentada a uma taxa de aquecimento constante, até que uma determinada temperatura T seja atingida. A partir desse momento, é estipulado um tempo para manter a temperatura constante, durante o qual a carga é aumentada até que ocorra a rotura do provete. Nos ensaios realizados em provetes não sujeitos a carregamento durante o aquecimento, o provete é submetido, sem qualquer aplicação de pré-carga, a uma taxa de aquecimento constante até que se atinja uma determinada temperatura T (sem variações). A partir 24

43 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha desse momento, é aplicada uma carga a uma taxa constante até que ocorra a rotura do provete. Por fim, nos ensaios de determinação das propriedades residuais em provetes não sujeitos a carregamento durante o aquecimento, o provete é submetido a uma taxa de aquecimento constante até que se atinja uma determinada temperatura T, que, durante um certo período de tempo, não sofre variações (verificando-se um estado térmico estável). De seguida, o provete é arrefecido à temperatura ambiente, para posteriormente ser ensaiado (Phan e Carino, 2000). Na investigação realizada no âmbito da presente dissertação, o regime adoptado é o correspondente aos ensaios de determinação das propriedades residuais em provetes não sujeitos a carregamento durante o aquecimento Degradação das propriedades mecânicas do betão com o aumento de temperatura Quanto um elemento de betão é exposto à acção do fogo, as suas componentes sofrem modificações importantes (Brito et al., 1986). O processo de deterioração do betão exposto à acção do fogo desencadeia-se quando é atingida a temperatura de 380 ºC. A perda de água de hidratação do cimento ocorre no intervalo entre 300 e 400 ºC, o que induz uma perda na resistência e a aparecimento de fendas superficiais. A 400 ºC, a perda de resistência é da ordem de 15-25%, consoante se trate de agregados siliciosos ou calcários, e a uma temperatura de 550 ºC ocorre a desidratação do hidróxido de cálcio. Até 600 ºC, os agregados sofrem expansão térmica, de acordo com o seu coeficiente de dilatação térmica, dando origem a tensões internas que provocam uma desagregação no betão. A partir de 800 ºC, os agregados de origem calcária iniciam um processo de decomposição, acentuando a redução de resistência do betão até torná-lo num material frágil (Georgali e Tsakiridis, 2004). Segundo Khoury (2000), o comportamento ao fogo do betão depende muito das proporções de constituintes utilizadas, sendo determinado por complexas transformações físico-químicas que se desenvolvem durante o aquecimento do material. Estas transformações são, por sua vez, influenciadas pelo tipo de betão e pela taxa de aquecimento (como é o caso do fenómeno denominado por spalling), ou por diversos factores externos como o nível de temperatura, a carga aplicada e a eficiência do isolamento exterior do material. Na Figura 2.16, é possível observar um esquema relativo aos principais fenómenos que ocorrem no betão durante a sua exposição a temperaturas elevadas, assim como as alterações de cor observadas, respectivas a esses fenómenos. Refira-se que as temperaturas dizem respeito ao interior do betão, exceptuando o caso do spalling, cujo intervalo de temperaturas é referente à superfície do material. 25

44 Capítulo 2 - Estado da arte Figura Fenómenos fisico-químicos no betão e alterações de cor, em função da temperatura de exposição (adaptado de Khoury, 2000) Existe assim um grande número de transformações físicas e químicas que ocorrem no betão aquando da sua exposição ao fogo, sendo relevante salientar que algumas delas são irreversíveis após a exposição do material, podendo enfraquecer significativamente a estrutura e comprometer a função para a qual foi projectada (Fletcher et. al, 2007) Degradação das camadas superficiais do betão A nível da degradação das camadas superficiais do betão aquando da sua exposição a temperaturas elevadas, diferenciam-se dois aspectos: o esfarelamento da superfície e o destacamento (spalling). O esfarelamento da superfície calcinada caracteriza-se por diminuir a resistência à abrasão do betão e por originar a perda de secção das peças. O fenómeno de spalling consiste no destacamento / desprendimento de porções consideráveis de material, levando à exposição das armaduras. Segundo Purkiss (1996), o fenómeno de spalling manifesta-se essencialmente através de duas formas: (i) delaminação gradual (ou sloughing) que consiste no desprendimento de uma porção de material de efeito progressivo, deixando novas camadas de betão expostas à acção do fogo, contribuindo para a perda de aderência entre o recobrimento e a armadura, ou (ii) delaminação explosiva (explosive spalling) em que ocorre uma perda de material que se caracteriza por ser parcial, violenta, instantânea e com grande libertação de energia, formando cavidades de grande extensão durante os primeiros 30 minutos de incêndio. Anderberg (1997) afirma que o efeito de spalling ocorre principalmente entre 250 e 400 ºC, temperaturas usualmente atingidas durante a situação de um incêndio. Assim, com o aquecimento brusco do betão, a água existente no interior do betão transforma-se em vapor, originando-se tensões devidas à maior concentração de vapor de água no interior dos poros do betão. Quando este vapor de água tem dificuldade em se libertar da matriz do betão, as tensões geradas vão aumentando até valores suficientemente elevados para originar fissuras e desagregação do betão. Segundo o mesmo autor, a nível da macroestrutura do betão, as possíveis 26

45 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha causas do spalling são a água livre em excesso na amassadura, a elevada compacidade do betão, os elevados gradientes térmicos, a distribuição não uniforme de temperatura nas peças, a reduzida espessura das secções transversais e as elevadas taxas de armadura. Assim, podem-se enumerar os pré-requisitos necessários para que ocorra o fenómeno de spalling: a presença de uma quantidade de água de pelo menos 2% em volume (Schneider, 1988) e, ainda mais importante, o estabelecimento de um gradiente térmico de 7 a 8 ºC/mm, que depende não só da temperatura envolvente mas também da taxa de aquecimento (Anderberg e Thelandersson, 1976) Alteração cromática do betão A variação de cor observada no betão após a exposição a altas temperaturas permanece inalterada mesmo após o arrefecimento do betão, o que constitui uma ferramenta importante para uma avaliação preliminar do nível de deterioração do mesmo, visto que pode ser estabelecida uma relação com as temperaturas de exposição. Diversos autores referem que a alteração de cor do betão é resultante das alterações de coloração dos agregados constituintes do betão (Bessey (1950), Cánovas (1988), Purkiss (2001) e Georgali e Tsakiridis (2004)). A presença de constituintes ferrosos nos agregados com origem siliciosa, como é o caso da areia, faz com que haja uma alteração da cor amarela / amarelo-acastanhada para a cor rosa / vermelha, variação que ocorre no intervalo de temperaturas compreendido entre 250 e 300 ºC (Bessey, 1950). Este facto é justificado pela oxidação do ferro hidratado, à temperatura de 300 ºC, havendo assim uma correspondência entre a desidratação do ferro e a cor observada. No âmbito de uma campanha experimental, o referido autor avaliou o comportamento de diversos agregados expostos a elevadas temperaturas, registando as seguintes observações: flint 1 : as alterações observadas neste tipo de agregado foram semelhantes às referidas para a areia, sendo que a cor avermelhada foi mais ou menos intensa de acordo com a cor original da rocha; calcário: originalmente possuíam a cor branca, alterando-se, para tons rosa e avermelhados no intervalo de temperaturas entre 250 e 400 ºC; com o aumento de temperatura para 800 ºC observouse uma tendência para o desaparecimento da cor avermelhada; aos 1000 ºC as amostras desintegraram-se; rochas ígneas (granitos e basaltos): não foi observada qualquer alteração de cor; no entanto, foi observada fissuração para temperaturas próximas de 550 ºC, devido à expansão do quartzo. Segundo Cánovas (1988), o aumento de temperatura promove a ocorrência de diversas alterações de coloração no betão, especialmente se os agregados possuírem origem siliciosa, constituindo assim um bom indicador da perda de resistência. Os parâmetros relativos às alterações de cor propostos pelo autor encontram-se esquematizados na Figura 2.16, tal como referido no ponto Assim, através do conhecimento da evolução das temperaturas com as alterações de cor, o autor relacionou a redução de resistência à compressão do betão em função da sua alteração de cor, como se pode observar na Figura Através da observação daquela figura, é possível constatar que a sequência de cores observada aquando da 1 flint: rocha sedimentar formada por silicato criptocristalino, categorizada como uma variedade da calcedónia. 27

46 Capítulo 2 - Estado da arte exposição a elevadas temperaturas foi a seguinte: cor rosada ou avermelhada entre 300 e 600 ºC, cor acinzentada até cerca de 600 a 900 ºC e cor amarelada a partir de 900 ºC (Georgali e Tsakiridis, 2004). Figura Relação entre a cor e a redução de resistência à compressão do betão exposto a elevadas temperaturas (Cánovas, 1988) Factores que influenciam a degradação das propriedades mecânicas do betão De entre os factores que contribuem para a degradação das propriedades mecânicas do betão aquando da sua exposição a temperaturas elevadas, podem-se distinguir dois tipos: os que são inerentes ao próprio betão, ou seja, factores internos e os que são extrínsecos ao mesmo. Os factores internos estão associados à própria constituição do betão e relacionam-se directamente com as transformações físico-químicas que ocorrem na pasta de cimento e nos agregados, contribuindo para uma incompatibilidade térmica entre os dois constituintes (Khoury, 2000). De entre esses factores referem-se a condutividade térmica e o calor específico aparente, que influenciam a transmissão de calor, e a área específica interna, a porosidade e a permeabilidade que vão influenciar os efeitos da humidade no interior do betão (Vieira, 2010). No que diz respeito aos factores externos, mencionam-se o nível de temperatura de exposição, a taxa de aquecimento, o carregamento dos provetes durante o ensaio e o tipo de arrefecimento (Khoury, 2000). Factores internos Neville (1997) explica que a elevada disparidade de resultados observada na bibliografia se deve às diferentes condições de ensaio, não havendo controlo sobre as principais variáveis intervenientes. Em grande parte das investigações, essas condições não são descritas explicitamente, o que torna bastante difícil a avaliação das variáveis em jogo e a generalização de resultados. Deste modo, neste subcapítulo, optou-se por distinguir a influência dos factores internos em dois: o tipo de agregado utilizado (silicioso ou calcário) e o tipo de betão ensaiado (leve ou de alta resistência). Os agregados ocupam cerca de 60 a 80% do volume total de betão, pelo que a alteração das suas propriedades durante o aquecimento influencia bastante as propriedades do betão. Os diversos agregados não possuem o mesmo coeficiente de dilatação térmica, o que leva ao aparecimento expansões internas com diferentes intensidades, que podem ser aumentadas por transformações estruturais ocorridas na estrutura interna de certos agregados. Assim, no caso dos agregados siliciosos, para temperaturas próximas de 570 ºC, ocorre uma expansão súbita que pode causar a fissuração da matriz cimentícia, já que estes possuem na sua 28

47 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha constituição uma elevada percentagem de quartzo. Por outro lado, os agregados calcários (ou leves) apresentam um comportamento estável com o aumento da temperatura, que é devido ao seu reduzido coeficiente de dilatação térmica, às reacções endotérmicas que se produzem quando a temperatura aumenta e à capacidade de criar uma película superficial de CO 2 que actua como isolante térmico (Kirchhof et al., 2004). Na mesma linha, Abrams (1971), citado por Neville (1997), ensaiou betões com dois tipos de agregados (siliciosos e calcários) a diferentes temperaturas. Os resultados estão em concordância com o referido acima, sendo que, para temperaturas de exposição superiores a 430 ºC, os betões com agregados siliciosos exibiram uma maior perda de resistência à compressão quando comparados com os betões com agregados calcários (ou leves). No entanto, para temperaturas de exposição inferiores a 430 ºC, não foram observadas diferenças de resistência à compressão entre os dois tipos de betões. No que diz respeito ao tipo de betão, diversos autores sugerem que os betões leves apresentam um melhor comportamento face a betões convencionais a altas temperaturas, uma vez que este tipo de betão não sofre grandes reduções de resistência à compressão até temperaturas mais elevadas do que os betões convencionais (Kong et al. (1983), Schneider (1988) e Abeles e Bardhan-Roy (1981)). Sarshar e Khoury (1993) verificaram esta tendência, concluindo que as perdas de resistência à compressão são consideravelmente menores em betões leves do que em betões convencionais, utilizando agregados grossos de tijolo cerâmico (agregado leve) na sua campanha experimental. Contrariamente ao que sucede nos betões leves, nos betões de alta resistência existe alguma disparidade de resultados relativos ao desempenho mecânico a altas temperaturas. Phan e Carino (2000) ensaiaram betões de alta resistência e betões convencionais, constatando uma redução de resistência à compressão mais acentuada nos primeiros, mais pronunciada no intervalo de temperaturas entre 25 e 400 ºC. Os mesmos autores verificaram que os betões de alta resistência são mais susceptíveis à ocorrência do fenómeno de spalling quando expostos a temperaturas mais elevadas (superiores a 300 ºC), o que está directamente relacionado com a maior densidade e menor permeabilidade dos betões de alta resistência. Li et al. (2004) mostraram, na sua campanha, a referida tendência para o mesmo intervalo de temperaturas (25 a 400 ºC), uma vez que obtiveram resistências residuais de 63 e 71% em betões com resistências iniciais na ordem de 76 e 42 MPa, respectivamente (Figura 2.18). Os autores verificaram ainda uma semelhança entre os seus resultados e os obtidos por Luo (2001). Por outro lado, Lima (2005), através da análise dos resultados relativos à resistência à compressão e módulo de elasticidade, concluiu que o desempenho dos betões de alta resistência é superior ao de betões de resistência corrente, desde que sejam tomadas medidas durante a execução dos mesmos para controlar o fenómeno de spalling, tais como a utilização de fibras de polipropileno e introdutores de ar. Assim, o mesmo autor refere que a degradação dos betões de alta resistência após um incêndio parece ser mais afectada por fenómenos de spalling do que propriamente pela degradação das propriedades mecânicas. 29

48 Resistência à compressão (MPa) Capítulo 2 - Estado da arte Figura Resistência à compressão em função da temperatura e do tipo de betão (adaptado de Li et. al (2004)) Factores externos Após o estudo da influência das características intrínsecas do betão e dos agregados utilizados na sua composição no desempenho mecânico do mesmo quando sujeito a temperaturas elevadas, é relevante analisar, sob o ponto de vista do elemento estrutural, as condições extrínsecas que influenciam o comportamento do betão aquando da exposição térmica. Segundo Neville (1997), os betões sujeitos a carregamentos durante a exposição térmica exibem uma menor perda de resistência quando comparados com betões não carregados, possivelmente devido ao facto de o carregamento (em compressão) minimizar o desenvolvimento de fissuras. Para os betões que não foram sujeitos a carregamentos e foram ensaiados a quente, o autor obteve resultados intermédios (Figura 2.19). Figura Redução da resistência à compressão de betões com agregados calcários: (A) aquecido sem carregamento; (B) aquecido com carga igual a 40% da resistência e ensaiado a quente; (C) aquecido sem carregamento e ensaiado depois de 7 dias conservado a 21 ºC (adaptado de Neville, 1997, citando Abrams, 1971) Os resultados relativos aos efeitos do regime de arrefecimento na resistência à compressão (relativa) do betão, referentes a diversos investigadores, podem ser observados na Figura Para temperaturas de exposição inferiores a 400 ºC, há uma maior perda de resistência do betão arrefecido com água relativamente ao betão arrefecido ao ar, o que deixa de se verificar a partir de 600 ºC. Isto pode dever-se ao facto de o 30

49 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha arrefecimento com água provocar um choque térmico no betão, contribuindo para a diminuição da sua resistência. Verifica-se também que o arrefecimento dentro do forno conduz a menores perdas de resistência. Figura Resistência à compressão relativa em função da temperatura e do tipo de arrefecimento (com ar, com água ou no interior do forno), segundo diversos autores (adaptado de Xiao e König, 2004) Resistência à compressão A bibliografia consultada mostra que a resistência à compressão de betões sujeitos a altas temperaturas é afectada por factores como o tipo de agregado, o nível de carregamento e a taxa de evaporação da água. A nível do comportamento estrutural, a classe do betão e a relação água / cimento (a/c) são os parâmetros com maior importância. A nível de documentos normativos, são de referir as considerações presentes no Eurocódigo 2 - parte 1.2 (EC2 - parte 1.2, 2003). Neste documento, estabelece-se que a resistência e a extensão na rotura de um betão sujeito a uma carga de compressão uniaxial a temperaturas elevadas devem ser obtidas através das relações de extensão apresentadas na Figura Os parâmetros definidos nessas relações são a resistência à compressão ( ), a extensão correspondente a e a extensão na rotura ( ). Figura Modelo matemático para as relações tensões-extensões do betão em compressão a temperaturas elevadas (EC2 - parte 1.2, 2010) 31

50 Capítulo 2 - Estado da arte Adicionalmente, no referido documento está definida a redução de resistência à compressão de betões de resistência corrente com incorporação de agregados siliciosos e calcários, para uma determinada temperatura, em relação à temperatura de referência de 20 ºC (f T c /f 20 c ) (Figura 2.22). Diversos autores (Lu (1989), Ding (1991), Li (1993), Xu (2000) e Wendt (2006)) determinaram as propriedades residuais de compressão de betões de resistência corrente, em que os provetes foram aquecidos até à temperatura pretendida, sendo posteriormente arrefecidos em diferentes regimes. Os resultados relativos a essas investigações estão apresentados na Figura 2.22, onde são comparados com as curvas de redução de resistência à compressão definidas no Eurocódigo 2 - parte 1.2, fc T /fc 20 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 EC2 - agregados siliciosos EC2 - agregados calcários Lu (1989) - agregados siliciosos Ding (1991) - arrefecimento em água Li (1993) - agregados calcários Xu (2000) Wendt (2006) Tan (1990) Temperatura (ºC) Figura Redução de resistência à compressão de betões correntes com o aumento de temperatura, conforme o EC2 e segundo diversos autores (adaptado de Xiao e König, 2004) Na referida figura, é possível observar, através da análise das curvas, que existe uma boa aproximação entre os resultados obtidos pelos investigadores e as curvas definidas no EC2. No caso dos resultados obtidos por Xu (2000) e Wendt (2006), que efectuaram um arrefecimento no forno, observa-se que o decréscimo de tensões residuais de compressão é mais acentuado a partir de temperaturas de 600 ºC, no caso de Xu (2000), e de 400 ºC, no caso de Wendt (2006). Os autores apresentam resultados que se aproximam bastante da curva do EC2 para agregados calcários. Os resultados de Ding (1991) e Tan (1990) são relativamente inferiores aos dos restantes investigadores devido ao arrefecimento dos seus provetes ter sido feito em água e ar, respectivamente. Relativamente aos autores Lu (1989) e Li (1993), os seus resultados também denotam uma razoável aproximação com as curvas estabelecidas no EC2 de betões com agregados siliciosos (no caso de Lu (1989)) e agregados calcários (no caso de Li (1993)) Resistência à tracção por compressão diametral No que concerne à resistência à tracção, o Eurocódigo 2 - parte 1.2 (2003) define que a redução do valor característico da tensão de rotura do betão à tracção é obtida pelo coeficiente seguinte expressão:, como indicado na (2.11) 32

51 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha sendo os valores de definidos por:, para 20 ºC 100 ºC, para 100 ºC < 600 ºC A bibliografia consultada mostra que existe um número reduzido de estudos que caracterizam a resistência à tracção do betão sujeito a altas temperaturas. Na Figura 2.23 apresenta-se a redução da resistência à tracção prevista pelo EC2, assim como os resultados do valor relativo da resistência à tracção de betão sujeito a altas temperaturas, referentes às investigações promovidas por Xie (1998) e Zhang (2001). Consideraram-se apenas as investigações em que a resistência à tracção do betão foi avaliada através do ensaio de tracção por compressão diametral. f T /f 20 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 EC2 Xie (1998) Zhang (2001) Temperatura (ºC) Figura Redução da resistência à tracção por compressão diametral do betão com o aumento de temperatura, conforme o EC2 e segundo diversos investigadores (adaptado de Xiao e König, 2004) Através da análise da figura, é possível observar que houve uma maior redução de resistência à tracção no caso da campanha de Xie (1998), relativamente à campanha de Zhang (2001). No entanto, para temperaturas até 500 ºC, os resultados de Xie (1998) apresentam uma maior concordância com as referências normativas, uma vez que estão mais próximos da curva proposta pelo EC Comportamento ao fogo de betões com agregados reciclados de borracha A investigação sobre o comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha é, actualmente, bastante reduzida. O comportamento ao fogo será afectado pelas propriedades dos agregados introduzidos, pelo que se torna importante conhecer o desempenho de betões com outros tipos de agregados reciclados, como é o caso dos agregados de origem mineral. 33

52 Capítulo 2 - Estado da arte Comportamento ao fogo de betões com agregados reciclados de origem mineral O comportamento ao fogo de betões com incorporação de agregados reciclados de origem mineral (ARM) representa uma área onde o conhecimento ainda não é muito avançado, existindo diversos factores que influenciam o comportamento a temperaturas elevadas de betões com ARM. Neste subcapítulo são referidos os estudos mais relevantes no que concerne à avaliação das propriedades residuais dos betões produzidos com agregados reciclados de origem mineral. Xiao e Zhang (2007) realizaram ensaios de compressão em betões com diferentes taxas de incorporação de agregados reciclados de origem granítica (30, 50, 70 e 100%) no sentido de avaliar a variação da resistência à compressão residual em função da temperatura de exposição, face a um BR (Figura 2.24). Foram comparadas as propriedades residuais de betões com diferentes relações a/c, expostos a temperaturas de 500 ºC durante 1 e 4h, sendo aquecidos a uma taxa de 5 ºC/min, seguidos de arrefecimento lento no interior do forno. Como seria de esperar, os autores observaram um decréscimo de resistência dos betões produzidos com agregados reciclados de betão (BAR), à medida que a temperatura de exposição aumentava (até atingir o limite de 800 ºC), excepto no intervalo entre 300 e 500 ºC, onde se verificou um aumento de resistência residual. Estes autores concluíram também que a tensão residual de compressão apresenta os valores mais reduzidos para uma taxa de substituição de 30%, correspondendo os valores mais elevadas a taxas de substituição de 50%. Figura Resistência à compressão dos BR e BAR em função da temperatura e tempo de exposição térmica (adaptado de Zega e Di Maio, 2006) Vieira (2010) realizou uma campanha experimental com objectivos semelhantes aos propostos na presente dissertação. Na sua investigação, o autor determinou as propriedades mecânicas residuais de betões com agregados grossos reciclados de betão, sujeitos a diferentes exposições térmicas (20, 400, 600 e 800 ºC), de acordo com a curva ISO 834. Foram produzidas diversas composições de betões com diferentes taxas de incorporação de agregados grossos reciclados de betão (0, 20, 50 e 100%), sendo que os provetes foram ensaiados no forno com a idade de 49 dias (28 dias em câmara húmida + 21 dias em estufa seca). A Figura 2.25 apresenta os resultados respectivos à relação entre a resistência residual à compressão para cada 34

53 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha temperatura de exposição (f c T ) e a temperatura de referência de 20 ºC (f c 20 ), dos diferentes tipos de betão (BR, B20, B50 e B100). Figura Resistências residuais de compressão de cada tipo de betão para as diferentes exposições térmicas (Vieira, 2010) Através da análise da figura, é possível constatar uma semelhança entre as curvas relativas aos vários tipos de betão. O maior decréscimo de resistência residual à compressão é registado entre as temperaturas de 20 e 400 ºC, verificando-se um decréscimo muito reduzido entre as temperaturas de 400 e 600 ºC. Este facto pode dever-se, segundo o autor, ao efeito do gradiente térmico imposto aos provetes. Na mesma linha, o autor observou que, entre as temperaturas de 600 e 800 ºC, ocorre um decréscimo acentuado nas diversas composições de betões. A campanha experimental desenvolvida por Vieira (2010) permitiu, adicionalmente, a avaliação das propriedades residuais da resistência à tracção (por compressão diametral) dos betões com diferentes taxas de incorporação de agregados grossos reciclados, sujeitos aos diferentes tipos de exposição térmica. A Figura 2.26 apresenta relação entre a resistência residual à tracção para cada temperatura de exposição (f ct T ) e a temperatura de referência de 20 ºC (f ct 20 ), dos diferentes tipos de betão (BR, B20, B50 e B100).Como se pode observar pela figura, há uma semelhança entre as curvas relativas aos vários tipos de betão. O maior decréscimo de tensão residual de tracção é registado entre as temperaturas de exposição de 400 a 800 ºC, no caso de betões BR e B50, e entre temperaturas de exposição de 600 a 800 ºC, no caso de betões B20 e B100. Figura Resistências residuais à tracção por compressão diametral de cada tipo de betão para as diferentes exposições térmicas (Vieira, 2010) 35

54 Capítulo 2 - Estado da arte Comportamento ao fogo de betões com agregados reciclados de borracha O presente subcapítulo tem como objectivo a exposição da investigação realizada sobre o comportamento ao fogo de betões com agregados reciclados de borracha que, embora sendo escassa, assume capital importância na concretização dos objectivos propostos na presente dissertação. Hernández-Olivares e Barluenga (2003) testaram betão de alta resistência com incorporação de partículas fibrosas de borracha proveniente da reciclagem de pneus usados (e com adição de sílica de fumo). As partículas de borracha usadas na sua campanha possuíam um comprimento médio de 1,25 cm e uma superfície bastante rugosa. A sua densidade era de 0,85 g/m 3, a taxa de absorção de água de 25% e apresentavam uma temperatura de combustão de 200 ºC. Foram testadas composições com 0, 3, 5 e 8% de percentagem de substituição (volumétrica) de partículas de borracha. O grau de consistência e a trabalhabilidade dos vários tipos de composições no estado fresco foi avaliado através de ensaios do cone de Abrams e grau Vê-Bê, tendo-se concluído que todas as amostras possuíam uma trabalhabilidade adequada. Assim, foram produzidos seis provetes cúbicos (10 cm) de cada composição para medir, relativamente ao estado endurecido, a resistência à compressão, onde foi notado o já expectável decréscimo da resistência à compressão com o aumento da taxa de incorporação. Relativamente ao comportamento ao fogo, foram produzidos provetes prismáticos (20 x 30 x 5 cm 3 ) de cada composição, para posterior exposição térmica segundo a curva ISO 834, até que se atingisse a temperatura de 1000 ºC no forno. De forma a monitorizar a temperatura, foi colocado, em cada provete, um termopar na face interior (exposta directamente à acção térmica) e outro na face exterior (não exposta à acção térmica). Os resultados relativos aos ensaios de exposição térmica para as diferentes composições de betão podem ser observados nas Figura 2.27, Figura 2.28, Figura 2.29 e Figura Para o caso do betão sem borracha, a curva relativa à temperatura na superfície externa (não exposta ao fogo) sofre um aumento brusco devido, segundo os autores, à ocorrência do fenómeno de spalling do material, o que não acontece nas composições com borracha, onde não foi observado o referido fenómeno. Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão sem borracha (adaptado de Hernandéz-Olivares e Barluenga, 2004) 36

55 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão com 3% de substituição de borracha (adaptado de Hernandéz-Olivares e Barluenga, 2004) Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão com 5% de substituição de borracha (adaptado de Hernandéz-Olivares e Barluenga, 2004) Figura Curvas de temperatura-tempo para o betão com 8% de substituição de borracha (adaptado de Hernandéz-Olivares e Barluenga, 2004) 37

56 Capítulo 2 - Estado da arte Adicionalmente, foi feita uma análise termogravimétrica às amostras não ensaiadas ao fogo (amostras padrão), onde foi medida a perda de peso com o aumento de temperatura (Figura 2.31), para servir de base de comparação com as amostras sujeitas à exposição ao fogo. Estas foram retiradas a distâncias da superfície de exposição de 1, 2, 3 e 4 cm, tendo-se avaliado a perda de peso (em intervalos de 100 ºC) com o aumento de temperatura (até 900 ºC), para permitir determinar a temperatura atingida a cada distância (Figura 2.32). Figura Análise termogravimétrica a amostras-padrão (adaptado de Hernandez-Olivares e Barluenga, 2003) Figura Temperatura atingida a diferentes distâncias à superfície de exposição, em função da composição do betão (adaptado de Hernández-Olivares e Barluenga, 2003) Os resultados mostraram que, para amostras obtidas à mesma profundidade, quanto maior a quantidade de borracha menor a temperatura alcançada. Os autores definiram ainda uma profundidade de dano, considerando que o material perde a sua capacidade mecânica a partir da temperatura de 500 ºC. Akasaki et al. (2006) avaliaram o desempenho de betão de resistência corrente com e sem introdução de agregados finos de borracha, aquecido a uma temperatura de 600 ºC, segundo a curva ISO 834. A borracha utilizada na sua campanha experimental teve origem no processo de recauchutagem de pneus usados, possuindo as seguintes propriedades: (i) dimensão inferior a 1,19 mm, uma vez que passava no 38

57 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha peneiro #16, (ii) massa específica de 1,09 g/cm 3 e (iii) módulo de finura com valor igual a 2,23. Os agregados naturais utilizados foram de dois tipos, sendo classificados como areia (massa volúmica de 2,64 g/cm 3 e módulo de finura de 2,40) e brita de origem basáltica (dimensão entre 9,5 e 19 mm, massa volúmica de 2,84 g/cm 3 e módulo de finura de 6,99). A metodologia da campanha experimental consistiu na fabricação de provetes prismáticos de betão (10 x 20 cm) com traços respectivos a um abaixamento no cone de Abrams na ordem de 7±1cm (Quadro 2.4), e posterior cura em câmara húmida (durante aproximadamente 130 dias) e câmara seca, antes da exposição térmica (durante 24 horas). A fase de aquecimento subdividiu-se em duas fases: uma primeira em que foi determinada o tempo necessário para que a temperatura no interior do provete fosse a desejada e uma segunda em que foram aquecidos 6 provetes num forno com controlo de temperatura e taxa de elevação. Quadro Traços utilizados na composição dos betões com e sem incorporação de resíduos de borracha (adaptado de Akasaki et al., 2006) Identificação dos provetes Materiais Betão sem borracha Betão com borracha ct1 ct2 ct3 br1 br2 br3 Consumo (kg/m 3 ) Consumo (kg/m 3 ) Traço 1:3,5 Traço 1:5 Traço 1:6,5 Traço 1:3,5 Traço 1:5 Traço 1:6,5 Cimento 503,42 378,27 301,06 474,28 358,28 286,1 Areia 699,75 824,63 897,16 626, ,96 Brita , , , , , ,09 Água 186,26 177,79 177,63 194,46 179,14 174,52 Borracha ,96 39,05 42,63 Adicionalmente, foram colocados 2 termopares por cada provete (um à superfície e outro no interior do provete) de forma a monitorizar a temperatura, sendo a taxa de aquecimento faseada por 2 patamares: o primeiro de 105 ºC/min até à temperatura de 538 ºC e o segundo de 33 ºC/min até à temperatura objectivo (600 ºC). Na Figura 2.33 e Figura 2.34 pode-se observar a evolução das curvas de temperatura-tempo obtidas pelos termopares colocados à superfície (termo2) e no interior dos provetes (termo1), para o betão referência e para o betão com borracha, respectivamente tempo (s) Figura Curva temperatura-tempo para os provetes de betão sem borracha: ct1, ct2 e ct3 (Akasaki et al., 2006) 39

58 Capítulo 2 - Estado da arte tempo (s) Figura Curva temperatura-tempo para os provetes de betão com borracha: br1, br2 e br3 (Akasaki et al., 2006) Durante o aquecimento, os referidos autores verificaram que, para temperaturas próximas de 130 ºC, os provetes de betão com borracha começaram a libertar gases com odores característicos da queima de borracha. Após o aquecimento a 600 ºC, notaram que ocorreu a decomposição da borracha, caracterizada pela alteração da sua estrutura. Através da observação das figuras acima, é possível concluir que, para o caso do betão sem borracha, os diferentes traços não interferem com o tempo necessário para que a temperatura interna do provete seja atingida. No caso do betão com borracha, o provete br1, que possui a menor quantidade de borracha, apresentou melhor isolamento térmico, já que o tempo necessário para que atingisse a temperatura de 600 ºC foi superior ao dos restantes provetes. Por outro lado, o melhor comportamento de isolamento térmico do provete br3, em relação ao provete br2, pode ser devido à sua maior quantidade de ar incorporado, propriedade que foi determinada em ensaios ao betão no seu estado fresco. Na Figura 2.35, podem-se observar os resultados relativos à resistência à compressão obtidos pelos mesmos autores. A comparação entre resultados relativos a betões com a mesma relação a/c revela um decréscimo de resistência de 66% e 68%, para betões sem e com incorporação de borracha, respectivamente. Por outro lado, a comparação feita entre betões com a mesma resistência inicial mostra que, após o aquecimento, os betões com borracha apresentam uma redução de resistência à compressão de 70%, ao passo que no caso dos betões sem borracha essa redução é de 64%. 40

59 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Resistência à compressão dos betões em função da sua relação água / cimento, antes e depois do aquecimento (adaptado de Akasaki et al., 2006) Reacção ao fogo de betões com agregados reciclados de borracha Uma das principais exigências relativas aos materiais de construção é a avaliação do seu comportamento de reacção ao fogo, de forma a evitar o desenvolvimento e propagação de chamas e a excessiva produção de fumo ou gases tóxicos. A reacção ao fogo de um determinado material é medida através de diversos parâmetros, tais como: a taxa de libertação de calor (Heat Release Rate - HRR), a área específica de extinção (Specific Extinction Area - SEA, que indica a quantidade de fumo libertada), o calor específico da combustão (Efective Heat of Combustion - EHC), a taxa de libertação de monóxido de carbono (CO) e de dióxido de carbono (CO 2 ). Devido à incombustibilidade do betão, o número de estudos que focam as suas propriedades de reacção ao fogo é bastante diminuto, sendo que a maioria da investigação feita até ao momento incide sobre materiais poliméricos, como é o caso das investigações realizadas por Brown et al. (1994) e Hshieh e Beeson (1997). Apesar de não avaliar concretamente as propriedades de reacção ao fogo de betão, menciona-se, de seguida, o estudo desenvolvido por Schroeder (1997), já que o mesmo utilizou um cone calorimétrico para avaliar o comportamento térmico de betão, tal como será efectuado na presente dissertação. Assim, a campanha desenvolvida pelo referido autor incidiu sobre as propriedades térmicas de betão com incorporação de fibras de aço e de material polimérico, sendo que avaliação das referidas propriedades foi feita com base em ensaios executados no cone calorimétrico. A metodologia consistiu na exposição de provetes de betão com introdução de fibras de aço (de 25 mm de comprimento) com dimensões de 100 x 100 x 50 mm. Adicionalmente, foram introduzidos termopares do tipo K, sendo definidas duas séries de provetes: (i) os provetes em que foi introduzido apenas um termopar a uma profundidade de 25 mm (1CON) e (ii) os provetes em que foram introduzidos termopares a profundidades de 4, 12 e 24 mm da superfície de exposição (2CON), como se pode observar na Figura Os provetes foram ensaiados no cone calorímetro, sendo submetidos a dois tipos de fluxo de calor (25 e 75 kw/m 2 ), durante 1500 e 4500 segundos. 41

60 Capítulo 2 - Estado da arte Figura Posição dos termopares nos provetes respeitantes à serie 2_CON_ (Schroeder, 1999) Nas Figura 2.37 e Figura 2.38 podem-se observar os resultados dos ensaios, relativamente à evolução da temperatura no interior dos provetes, consoante a profundidade. Figura Evolução da temperatura consoante a profundidade, para um fluxo de calor de 75 kw/m 2 (símbolos representam os valores médios; zonas sombreadas representam os valores máximos e mínimos registados) (Schroeder, 1999) Figura Evolução da temperatura consoante a profundidade, para um fluxo de calor de 25 kw/m 2 (símbolos representam os valores médios; zonas sombreadas representam os valores máximos e mínimos registados) (Schroeder, 1999) 42

61 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha O autor concluiu, através da análise das referidas figuras, que o betão possui um comportamento ao fogo razoavelmente uniforme, afirmando que o betão produzido com fibras de aço e fibras poliméricas não apresentou qualquer fenómeno de spalling, já que a composição do betão não sofreu uma degradação interna acentuada. Não existe, até ao momento, qualquer investigação acerca das propriedades de reacção ao fogo de betão com incorporação de borracha Conclusões O levantamento do estado de arte realizado permitiu conhecer os diversos estudos já realizados sobre a temática que, embora sendo escassos, possibilitam o estabelecimento de bases comparativas com a presente investigação. A consulta da bibliografia citada permite concluir que existe um conhecimento consistente das principais características físicas e mecânicas de betões produzidos com borracha proveniente de pneus usados. A massa volúmica sofre um decréscimo com o aumento da percentagem de substituição, devido às diferenças de densidades entre os agregados e a borracha. Relativamente à trabalhabilidade, apesar de se verificar uma tendência de diminuição da mesma com o aumento da taxa de substituição, pode afirmar-se que existem outros factores (forma e extensão da granulometria das partículas de borracha) que podem ter uma contribuição não desprezável para a trabalhabilidade dos betões com borracha. No que respeita à resistência à compressão, existe consenso no seu decréscimo com o aumento da percentagem de substituição. No entanto, não é possível concluir inequivocamente acerca da utilização preferencial de finos, de grossos ou de ambos, devido à variabilidade de resultados dos diferentes autores. A resistência à tracção por compressão diametral, por sua vez, possui um comportamento semelhante ao da resistência à compressão, não tendo sido observada qualquer influência da dimensão das partículas de borracha utilizadas. A consulta da bibliografia mostra ainda que a maioria dos investigadores registou perdas mais acentuadas na resistência à compressão do que à tracção por compressão diametral. Relativamente às propriedades residuais dos betões com agregados reciclados de borracha (BAB) após a exposição ao fogo, o conhecimento é bastante diminuto, tendo sido focados os dois estudos mais relevantes sobre a temática. No estudo que incidiu directamente sobre as propriedades mecânicas após a exposição térmica (Akasaki et al. (2006)), os autores concluíram que há decréscimo das propriedades mecânicas do BAB com o aumento de temperatura de exposição. Hernandéz-Olivares e Barluenga (2004) afirmam que o betão produzido com borracha (na forma de fibras com 1,25 cm de comprimento médio) possui a vantagem de não apresentar, para determinadas condições de ensaio e de exposição térmica (temperatura de 600 ºC), o fenómeno de spalling, que contribui para o decréscimo das propriedades mecânicas do betão quando exposto a elevadas temperaturas. Os mesmos investigadores concluíram ainda que, quanto maior é a quantidade de borracha incorporada no betão, maior é a capacidade de isolamento térmico do mesmo. Akasaki et al. (2006) referem que este facto pode estar relacionado com o teor de ar dos BAB, que aumenta com a taxa de incorporação de borracha. Na sua investigação, os referidos autores avaliaram a resistência à compressão após a exposição térmica de betões produzidos com agregados finos de borracha e de betões de resistência corrente, concluindo que a introdução da borracha não interfere significativamente com a redução de resistência observada. 43

62 Capítulo 2 - Estado da arte 44

63 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 3. Campanha experimental 3.1. Introdução A presente campanha experimental tem como objectivo a avaliação do comportamento ao fogo de betão com incorporação de granulado de borracha. Com o intuito de enriquecer a posterior análise comparativa entre os diferentes espécimes fabricados, será necessário recorrer-se a um número considerável de ensaios que permitam caracterizar esses espécimes. Neste capítulo, começa-se por descrever, em linhas gerais, a organização da campanha. De seguida, são abordadas todas as etapas da campanha experimental, onde se destacam a formulação de betões e os procedimentos de ensaios aos agregados e betões produzidos Planeamento da campanha experimental A campanha experimental foi dividida nas fases discutidas nos subcapítulos seguintes Primeira fase A primeira fase corresponde à análise dos agregados naturais (AN) e agregados reciclados de borracha (AB) que irão constituir os diversos betões a produzir. Nos Quadro 3.1 e Quadro 3.2, pode-se observar os ensaios utilizados para caracterizar respectivamente os agregados grossos e finos, assim como as normas e especificações em que foram baseados os procedimentos de ensaios respectivos. Quadro Ensaios, normas e especificações utilizados nos ensaios dos agregados grossos Ensaio Norma e especificação Análise Granulométrica NP EN e NP EN Massas volúmicas e absorção de água NP EN Índice volumétrico NP EN Baridade e volume de vazios NP EN Desgaste de Los Angeles LNEC E237 Quadro Ensaios, normas e especificações utilizados nos ensaios dos agregados finos Ensaio Norma e especificação Análise granulométrica NP EN e NP EN Massas volúmicas e absorção de água NP EN

64 Capítulo 3 - Campanha experimental Segunda fase A segunda fase do programa experimental teve como objectivo a correcção das composições dos vários tipos de betão (BR e com granulado de borracha - Quadro 3.3), de forma a obter uma trabalhabilidade adequada, contribuindo para a mitigação de erros que pudessem influenciar os resultados finais. Posteriormente, os espécimes foram caracterizados, sob o ponto de vista mecânico no estado endurecido, antes da exposição à acção do fogo. Quadro Tipos de betões utilizados Percentagem de Finos e grossos substituição 5% B5FG 10% B10FG 15% B15FG Com o intuito de fixar a trabalhabilidade, impôs-se um abaixamento no ensaio do cone de Abrams idêntico para todos os betões, para que estes pudessem ser comparáveis através de uma só variável, a percentagem de substituição de AN por AB. Para o betão no estado fresco, realizaram-se os seguintes ensaios: abaixamento (cone de Abrams) - NP EN e massa volúmica - NP EN Para o betão no estado endurecido, realizou-se o seguinte ensaio: resistência à compressão - NP EN , aos 28 dias e imediatamente antes da exposição ao fogo. O Quadro 3.4 resume os ensaios no estado endurecido a realizar segunda fase, assim como o número e tipo de provetes utilizados. Quadro Ensaios referentes à 2ª fase Resistência à compressão Ensaios N.º de provetes Forma e dimensões dos provetes Aos 28 dias 5 Cúbica, 150 mm No dia D de exposição ao fogo 5 Cúbica, 150 mm Uma vez que o fenómeno de segregação dos constituintes é frequente nos betões produzidos com AB, decidiu-se efectuar uma análise ao tempo óptimo de vibração que permite evitar fenómenos de segregação dos agregados e assegura uma correcta mistura dos constituintes do betão. Deste modo, através do trabalho experimental realizado por Valadares e Bravo (2009), optou-se por utilizar um tempo de vibração de 12 segundos para todos os betões. A segunda fase englobou também a betonagem de um determinado número de provetes cúbicos (12), que foram introduzidos no forno aquando da realização dos ensaios de exposição ao fogo, com o objectivo de analisar a variação da temperatura em função da profundidade. Assim, foram preparados termopares a profundidades de 75, 112,5 e 150 mm, colocados, durante o processo de betonagem, no centro do provete cúbico e em posição vertical. 46

65 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Terceira fase A terceira fase compreendeu todos os ensaios ao betão, no seu estado endurecido, necessários para atingir os objectivos propostos na presente campanha experimental. Esta dividiu-se em duas subfases, a caracterização das propriedades residuais do betão após a exposição ao fogo e as propriedades de reacção ao fogo do mesmo. Assim, na primeira subfase, o betão foi submetido a uma acção térmica equivalente a uma situação de fogo (curva ISO 834), a diferentes temperaturas T (400, 600 e 800 ºC) durante 60 min, sendo posteriormente avaliadas as propriedades mecânicas residuais do mesmo após arrefecimento. Os ensaios realizados durante esta fase foram os seguintes: resistência à compressão - NP EN , 4 dias após a exposição ao fogo; resistência à tracção por compressão diametral - NP EN , 4 dias após a exposição ao fogo. O Quadro 3.5 ilustra os ensaios realizados durante esta fase, assim como o número, tipo e dimensão dos provetes utilizados. Quadro Ensaios realizados na 3ª fase Resistência à compressão Resistência à tracção (por compressão diametral) Ensaios N.º de provetes Forma e dimensões dos provetes Após exposição ao fogo com T = 400ºC 5 Cúbica, 150 mm Após exposição ao fogo com T = 600ºC 5 Cúbica, 150 mm Após exposição ao fogo com T = 800ºC 5 Cúbica, 150 mm Após exposição ao fogo com T = 400ºC 3 Cilíndrica, 150 x 300 mm Após exposição ao fogo com T = 600ºC 3 Cilíndrica, 150 x 300 mm Após exposição ao fogo com T = 800ºC 3 Cilíndrica, 150 x 300 mm Na segunda subfase, as diversas composições de betão foram ensaiadas num cone calorimétrico do INEGI (Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial), onde foram estudados os parâmetros que caracterizam a reacção ao fogo do material Formulação dos betões Introdução A dosagem dos diversos constituintes do betão, como o cimento, os agregados e a água, é um factor fundamental na caracterização do betão sob o ponto de vista da sua resistência e durabilidade. Na presente dissertação, procedeu-se à formulação dos betões recorrendo-se às curvas de referência de Faury. Assim, com base na norma NP EN (2005), definiram-se os seguintes dados para o cálculo do betão de referência: classe de resistência - C 25/30; classe de consistência - S3 (100 a 150 mm); classe de exposição: XC3 (moderadamente húmido); relação água / cimento = 0,553; 47

66 Capítulo 3 - Campanha experimental ligante - CEM II A-L 42.5 R da cimenteira de Outão, Setúbal, SECIL; tipo de agregados naturais - calcários; máxima dimensão do agregado - 22,4 mm; água de amassadura - potável, da rede de abastecimento pública; local de fabrico - laboratório; adjuvantes e adições - nenhuns. A classe de resistência mínima para um betão com classe de exposição XC3 e aplicável em elementos estruturais é de C 30/37. Tendo em conta a classe de consistência pretendida e a inexistência de qualquer adjuvante no betão de referência, a obtenção de resistências superiores dependeria da utilização de dosagens de cimento incoerentes com as que são praticadas actualmente na indústria do betão, pelo que se optou pela classe de resistência C 25/ Máxima dimensão do agregado A máxima dimensão do agregado (D máx ) define-se pela menor abertura do peneiro através do qual passa, pelo menos, 90% da massa dos agregados. O aumento da máxima dimensão do agregado implica uma maior dificuldade de vibração do betão no seu estado fresco assim como um aumento do efeito de parede, facto associado do aumento do índice de vazios. O efeito de parede define-se como o fenómeno de movimentação da argamassa para zonas adjacentes às cofragens e armaduras (no caso de existirem), sendo que se trata de um fenómeno prejudicial ao betão, já que resulta na perda da sua homogeneidade. Segundo Faury (citado por Coutinho, 1999), o efeito de parede pode evitar-se caso a máxima dimensão do agregado não exceda em 1/3 o raio médio do molde (R), isto é: (3.1) em que, ; D máx - máxima dimensão do agregado. No Quadro 3.6, pode-se visualizar o valor de D máx admissível para cada ensaio efectuado. Quadro Dimensão máxima do agregado admissível para cada tipo de provete Provetes Dimensões (mm) Superfície confinante (cm 2 ) Volume (cm 3 ) R (mm) D máx (mm) Cilíndricos Ø100x ,5 1963,5 20,8 27,8 Prismáticos 100x100x ,0 5000,0 22,7 30,3 Prismáticos 150x150x , ,0 33,3 44,4 Cúbicos 100x100x ,0 1000,0 16,7 22,2 Assim, vem que: 48

67 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha A máxima dimensão dos agregados utilizados na campanha experimental é de 22,4 mm, dimensão correspondente ao peneiro com a mesma abertura. Deste modo, uma vez que D máx se encontra no intervalo acima referido, decidiu-se por manter este valor em 22,4 mm Valor médio de tensão de rotura à compressão (f cm ) O valor médio de resistência à compressão foi determinado através da seguinte expressão: (3.2) sendo, f cm - valor médio da resistência à compressão (MPa); f ck - valor característico superior da resistência à compressão (MPa); λ - parâmetro estatístico que depende do nível de probabilidade associado ao número de amostras (tende para 1,64); e S n - desvio padrão (MPa), depende da variabilidade prevista para o betão (função do nível de resistência e do controlo de produção). De acordo com Nepomuceno (1999), os valores do desvio padrão segundo o grau de controlo de produção são os que se encontram mencionados no Quadro 3.7. Quadro Desvio padrão segundo o grau de controlo de produção (Nepomuceno, 1999) Medição dos componentes Cimento Agregados Peso (servomecanismo) Peso (servomecanismo) Peso Peso Peso Volume Volume Volume Grau de controlo da produção Fraco Normal Bom Fraco Normal Bom Fraco Normal Bom Fraco Normal Bom Desvio padrão (MPa) 5,6 4,6 3,6 6,5 5,4 4,4 7,2 6,0 4,7 7,6 6,5 5,2 A classe de resistência pretendida para o betão de referência é C 25/30, logo: 49

68 Capítulo 3 - Campanha experimental Relação água / cimento (a/c) A nível da constituição do betão, a água possui, a função de hidratação do ligante, não devendo existir em quantidade excessiva, já que tal provoca a ocorrência de vazios no betão, quando o excesso de água evaporar. Deste modo, é necessário avaliar a relação água / cimento (a/c) dos betões a produzir, uma vez que esta influencia significativamente a resistência e durabilidade dos betões no estado endurecido. A especificação LNEC E 464 (2007) estabelece valores limite para a relação a/c e para a dosagem de cimento, em função da classe de exposição associada (XC3) e do tipo de cimento utilizado (CEM II / A-L 42,5 R). Deste modo, verificou-se que no caso da presente campanha, a especificação estipula uma dosagem mínima de cimento de 280 kg/m 3 e uma relação a/c máxima de 0,60. Uma vez que o método de Faury não especifica uma dosagem de cimento ou relação a/c a utilizar, utilizaram-se algumas propostas de outros autores de forma a estabelecer valores coerentes para os referidos parâmetros. A fórmula de Feret relaciona vários parâmetros como a dosagem de cimento, a dosagem de água e o volume de vazios, como se pode verificar na expressão seguinte: (3.3) em que, f cm é resistência à compressão média do betão (33 MPa); K é o parâmetro de Feret (= 315); A é a dosagem de água que, como se refere no ponto 3.3.7, tem o valor de 193,6 l/m 3 ; V v é o volume de vazios que, como se indica no ponto 3.3.5, tem o valor de 17,4 l/m 3 ; Assim, tem-se que: Deste modo, tendo em conta os valores propostos por Bolomey (Quadro 3.8), optou-se por definir uma dosagem de cimento de 350 kg/m 3, correspondendo a uma relação a/c de 0,553. Quadro Dosagem de cimento pela fórmula de Bolomey (adaptado de Gomes e Pinto, 2009) Dosagem de cimento (kg/m 3 ) Classe do cimento Classe de resistência do betão C15/20 C20/25 C25/30 C30/37 C45/55 32, , , Volume de vazios O ACI (American Concrete Institute) propõe uma estimativa para o volume de vazios (V v ), em função da máxima dimensão dos agregados. Como se pode observar no Quadro 3.9, para um D máx de 22,4 mm, é necessário efectuar uma interpolação dos valores de 19,1 e 25,4 mm. 50

69 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Quadro Valores do volume de vazios em função da máxima dimensão dos agregados Assim, tem-se que: D máx (mm) V v (l/m 3 ) 9, , , , , , Estimativa do índice de vazios (I v ) O índice de vazios corresponde à soma do volume de água e do volume de vazios (por unidade de volume de betão) após a betonagem, ou seja, é um indicador do volume de materiais não sólidos do betão. Este parâmetro pode ser determinado pela fórmula: sendo, K e K - parâmetros que dependem da natureza dos agregados, da trabalhabilidade pretendida e dos meios de colocação utilizados, conforme definido no Quadro 3.10; D máx - máxima dimensão do agregado (mm); R - raio médio do molde que contém o betão (mm). Trabalhabilidade Meios de colocação Quadro Valores de K e K' Agregados grossos rolados K Natureza dos agregados Areia rolada Agregados grossos britados Areia e agregados grossos britados Terra húmida Vibração muito potente e possível 0,24 0,25 0,27 0,002 compressão Seca Vibração potente 0,25 a 0,27 0,26 a 0,28 0,28 a 0,30 0,003 Plástica Vibração média 0,26 a 0,28 0,28 a 0,30 0,30 a 0,34 0,003 Mole Apiloamento 0,34 a 0,26 0,36 a 0,38 0,38 a 0,40 0,003 Fluida Sem nada 0,36 0,38 0,38 0,004 K (3.4) Sabendo que se utilizariam agregados grossos britados e agregados finos rolados, e que se pretendia um betão com uma classe de abaixamento S3 (mole), verificou-se que a K e K correspondem os valores de 0,37 e 0,003, respectivamente. Considerando, como na maior parte dos estudos, R / D=1, obtém-se: 51

70 Capítulo 3 - Campanha experimental ; Dosagem de água da amassadura (A) A dosagem de água da amassadura (A) foi obtida através da subtracção da quantidade de ar no interior do betão (volume de vazios, V v ) ao volume total de materiais não sólidos do betão (índice de vazios, I v ): Dosagem de cimento (C) Após a determinação da dosagem de água de amassadura (A), tendo-se fixado a relação a/c em 0,553, tal como referido, foi possível confirmar que a dosagem de cimento correspondeu ao valor pretendido: Através da especificação LNEC E 464 (2005), pode verificar-se que a dosagem de cimento utilizada supera a dosagem mínima de 280 kg/m 3, imposta pela referida norma para betão armado com a classe de exposição ambiental adoptada, XC3 (moderadamente húmido, sem gelo) Volume das partículas de cimento (V c ) O volume ocupado pelas partículas de cimento, por metro cúbico de betão, é determinado através da seguinte expressão: (3.5) em que representa a massa específica do cimento utilizado (3,05 kg/l) Assim, tem-se que: Volume das partículas sólidas (Vs) Conhecendo o valor do índice de vazios (I v ), foi possível determinar o volume de partículas sólidas (V s ), ou seja, o volume ocupado pelos agregados e pelo cimento: Percentagem de volume de cimento em relação ao volume sólido total (C % ) De seguida, determinou-se a percentagem do volume de cimento em relação ao volume sólido total (C % ): 52

71 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Curva de referência de Faury As curvas de referência têm como finalidade a determinação da quantidade ponderada de cada um dos agregados na composição final do betão, de forma a obter a máxima compacidade. Nesse sentido, na presente dissertação, utilizou-se a curva de referência de Faury para se determinar quais as percentagens de material, retido em cada peneiro, correspondendo essas percentagens aos valores utilizados na composição do betão. A curva de referência de Faury é composta por 2 rectas e é representada numa escala logarítmica, em que as abcissas correspondem à dimensão das partículas e as ordenadas à percentagem de material que passa em cada um dos peneiros. Assim, o eixo das abcissas tem como origem o ponto 0,0065 mm, correspondendo esse valor à menor dimensão das partículas de cimento. As percentagens determinadas pela curva de Faury dizem respeito ao volume ocupado pelas partículas sólidas do betão e não ao volume total de betão. Deste modo, para se proceder à construção da curva de Faury, é necessário o conhecimento do seu ponto inicial, intermédio e final: Ponto inicial - Abcissa: 0,0065 mm; e - Ordenada: 0%. Ponto intermédio - Abcissa: ; e - Ordenada:. (3.6) onde A e B são parâmetros que dependem da natureza dos agregados (areia rolada e agregado grosso britado), meios de colocação e da consistência do betão (S3) (Quadro 3.11). Trabalhabilidade Quadro Valores dos parâmetros A e B Meios de colocação Agregados grossos A Natureza dos agregados Areia rolada Agregados grossos Areia e agregados grossos rolados britados britados Vibração muito Terra húmida potente e possível compressão Seca Vibração potente 20 a a a 23 1 a 1,5 Plástica Vibração média 21 a a a 26 1,5 Mole Apiloamento Fluida Sem nada Assim, tem-se que: B Ponto final - Abcissas: 22,4 mm; e 53

72 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 Material passado (%) Capítulo 3 - Campanha experimental - Ordenadas: 100%. Conhecidos os três pontos referentes à curva de Faury com cimento, é possível efectuar a sua representação gráfica (Figura 3.1). De seguida, conhecendo-se a percentagem de cimento em relação ao volume sólido total, determinou-se a curva de Faury sem cimento (Figura 3.1). 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Dimensão do agregado (mm 1/5 ) Curva de Faury com cimento Curva de Faury sem cimento D [mm] 0,063 0,125 0,250 0, ,6 8 11, ,4 [mm 1/5 ] 0,57 0,66 0,76 0,87 1 1,15 1,32 1,41 1,52 1,62 1,74 1,86 Figura Curva de Faury com e sem cimento, e respectiva série de peneiros referentes à norma NP EN 933 Por regra, para se calcular as diferentes percentagens e quantidades de agregados é necessário adaptar as curvas granulométricas dos diferentes agregados para a curva de referência de Faury. Contudo, na presente dissertação, optou-se por peneirar e separar os agregados de acordo com as suas gamas granulométricas, de forma a evitar discrepâncias entre o betão de referência e os betões com agregados reciclados de borracha Composição do betão de referência Por fim, com base nos cálculos anteriores, efectuou-se a determinação das quantidades dos diversos componentes do betão de referência (Quadro 3.12). Durante a campanha experimental, verificou-se a impossibilidade de obter as quantidades determinadas segundo a curva de referência de Faury para a fracção granulométrica de 0,063 mm. Este facto foi ultrapassado recorrendo à acumulação do valor da referida fracção no valor da fracção imediatamente acima (0,125 mm), tendo-se considerado que esta alteração não induziria variações significativas no betão produzido. Finalmente, conhecendo as massas volúmicas dos agregados obtidas pelos ensaios respectivos, obtiveram-se os valores de composição do betão (em volume e em massa) representados no Quadro Quadro Percentagens de material passante da curva de Faury Malha do peneiro [mm] Material passante (%d i ) 31,5 100,0 22,4 100,0 16,0 82,2 11,2 64,5 54

73 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 8,0 57,7 5,6 50,9 4,0 44,9 2,0 33,8 1,0 24,2 0,500 18,2 0,250 4,0 0,125 0,0 0,063 0,0 Quadro Composição do betão de referência (em volume e em massa) Tipo de agregado (massa volúmica) Intervalo de peneiros (mm) Material retido (%) Volumes /m 3 Massa (kg/m 3 ) Grossos (2681 kg/m 3 ) Finos (2603 kg/m 3 ) 31,5-45,0 0,0 0,000 0,00 22,4-31,5 0,0 0,000 0, ,4 17,8 0, ,76 11, ,7 0, , ,2 6,8 0, ,92 5,6-8 6,8 0, ,92 4-5,6 6,0 0, , ,1 0, , ,6 0, ,49 0,5-1 6,0 0, ,30 0,25-0,5 14,2 0, ,22 0,125-0,25 4,0 0,027 70,20 0,063-0,125 0,0 0,000 0,00 0-0,063 0,0 0, ,76 Total de agregados 0,674 Cimento 0, Água 0, Volume total 1, Produção de betões O processo de amassadura utilizado na presente campanha experimental foi baseado na investigação de Ferreira (2007), de forma a garantir uma mistura homogénea e uma boa envolvência entre os agregados, a água e o cimento. Primeiramente, a betoneira foi ligeiramente molhada, e esperou-se alguns segundos até que a água evaporasse, tornando a superfície interna da betoneira húmida e capaz de receber os agregados. De seguida, introduziram-se na betoneira os agregados (por ordem decrescente de granulometria), o cimento e um 1/3 da água e, posteriormente, ligou-se a betoneira. Esperou-se 30 segundos e colocou-se o resto da água na betoneira (dois terços), deixando-se a betoneira a funcionar durante 180 segundos. Após este processo, lubrificaram-se os moldes com óleo descofrante e introduziu-se nestes a amassadura. Procedeu-se à sua vibração através da agulha vibratória e, com o auxílio de uma espátula, regularizou-se a 55

74 Capítulo 3 - Campanha experimental superfície livre dos moldes. Ao fim de 24 horas, desmoldaram-se os provetes e colocaram-se estes no local de cura (câmara húmida). No Quadro 3.14, pode-se observar a quantidade de betão produzida em função dos ensaios a realizar. A margem de segurança utilizada compreende as perdas durante o enchimento dos moldes e o desaproveitamento de material durante os ensaios no estado fresco. Foram também betonados mais provetes do que os necessários para os ensaios, de forma a poder-se possuir alguma margem de erro nos mesmos (estes provetes foram contabilizados no ensaio de resistência à compressão no dia de exposição ao fogo). Ensaio Quadro Ensaios, tipos de moldes e quantidades de betão a produzir Molde (cm) Volume de cofragem (litros) Cofragens por betonagem Volume total (litros) Compressão 28 dias 15x15x15 3, ,88 Compressão dia D 15x15x15 3, ,63 Compressão 400º 15x15x15 3, ,88 Compressão 600º 15x15x15 3, ,88 Compressão 800º 15x15x15 3, ,88 Tracção 400º Ø15 x 30 5, ,90 Tracção 600º Ø15 x 30 5, ,90 Tracção 800º Ø15 x 30 5, ,90 Reacção ao fogo 15x15x15 3, ,75 Temperatura 15x15x15 3, ,13 Por composição 182, Ensaios dos agregados Os agregados correspondem ao constituinte maioritário do betão e deles depende, em grande parte, o bom desempenho do betão. O objectivo da presente dissertação é o estudo do efeito da substituição de AN por AB no betão, a nível do seu comportamento ao fogo. Assim, considerou-se fundamental efectuar uma caracterização geométrica e física dos agregados (AN e AB). A presente campanha experimental incide sobre a análise comparativa aos vários tipos de betões fabricados, pelo que não foram ensaiados os restantes constituintes do betão, uma vez que estes não variam consoante o tipo de betão Análise granulométrica Objectivo do ensaio O objectivo da análise granulométrica é a caracterização da distribuição, em termos estatísticos, das dimensões dos AN (brita 2, brita 1, bago de arroz, areia grossa e areia fina) e dos AB. Refira-se que os dados relativos às curvas granulométricas dos agregados serviram apenas para uma melhor caracterização destes, uma vez que as curvas granulométricas não foram utilizadas no cálculo da 56

75 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha composição do betão. Assim, tendo em conta o objectivo da maximização da compacidade do betão, os materiais foram separados nas diferentes fracções granulométricas Normas de ensaio O ensaio da análise granulométrica segue a metodologia e princípios descritos na norma europeia/portuguesa NP EN (2000) Ensaios das propriedades geométricas dos agregados. Parte 1: Análise granulométrica. Método de peneiração. A definição da malha dos peneiros utilizados neste ensaio está referida na norma NP EN (1999) Ensaios para determinação das características geométricas dos agregados. Parte 2: Determinação da distribuição granulométrica. Peneiros de ensaio, dimensão nominal das aberturas Equipamentos de ensaio Ao longo do procedimento experimental, foram utilizados os seguintes aparelhos: estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC; peneiros de ensaio, de acordo com o estabelecido na norma NP EN 933-2; máquina de peneiração; balança de precisão de ± 0,1% da massa a determinar Amostras A massa mínima de cada amostra, ou seja, de cada provete de ensaio, segundo a norma NP EN 933-1, varia com a máxima dimensão do agregado (D máx ). No Quadro 3.15, referenciam-se os valores mínimos de massa da amostra a utilizar em função da máxima dimensão do agregado. Quadro Massa mínima do provete de ensaio de análise granulométrica em função da máxima dimensão do agregado D máx (mm) Massa mínima do provete (kg) ,6 8 0,6 4 0,2 Se o valor de D máx corresponder a um valor intermédio dos que se encontram no Quadro 3.15, efectua-se uma interpolação a partir das massas definidas no mesmo. O quadro anterior é apenas válido para agregados de densidade compreendida entre 2000 kg/m 3 e 3000 kg/m 3, o que não se verifica no que concerne aos AB. Nesta situação, optou-se por aplicar uma correcção à massa mínima do provete a considerar, que consiste na multiplicação desta pelo quociente entre as massas volúmicas dos agregados primários e dos AB. Os provetes foram secos a uma temperatura de (110 ± 5) ºC até que, em pesagens sucessivas com intervalos de pelo menos 1 hora, a variação da massa destes fosse inferior a 0,1%. Nesse momento, considerou-se que a amostra atingiu massa constante e registou-se o resultado. 57

76 Capítulo 3 - Campanha experimental Procedimentos do ensaio O ensaio foi realizado de acordo com os seguintes procedimentos: 1. Secou-se a amostra numa estufa ventilada a uma temperatura de (110 ± 5) ºC e, após algumas horas necessárias para o seu arrefecimento, pesou-se e registou-se a sua massa (M 1 ); 2. O provete de ensaio foi lavado, com ajuda dos peneiros de 0,063 mm e de 1 mm, até que a água que atravessasse o peneiro de 0,063 mm estivesse límpida, tendo-se obtido apenas os agregados com dimensões superiores a essa dimensão; 3. A amostra foi colocada na estufa até atingir massa constante e, após o seu arrefecimento, foi pesada e registada a sua massa como M 2 ; 4. A amostra foi despejada directamente na coluna dos peneiros, que, segundo a norma NP EN 933-2, foram colocados de baixo para cima por ordem crescente da dimensão das aberturas; 5. Procedeu-se à peneiração do provete de ensaio, através de uma máquina de agitação mecânica (Figura 3.2), até que a massa retida em qualquer peneiro não variasse mais de 1% durante 1 minuto de peneiração; 6. A massa retida em cada um dos peneiros foi registada como R 1, R 2,, R N, correspondendo R1 e RN às massas do material retido, respectivamente, nos peneiros com maior e menor dimensão de aberturas; 7. O peso do material retido no fundo da coluna de peneiros (refugo) foi registado como P. Figura Peneiração das amostras Modo de obtenção e apresentação de resultados Para se obter a curva granulométrica de cada agregado começou-se por calcular a percentagem de material retida em cada peneiro, através da seguinte equação: (3.7) em que, R i% - percentagem de material retido no peneiro i; R i - massa retida no peneiro i (g); M 1 - massa total da amostra seca (g). 58

77 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha De seguida, determinou-se a percentagem de finos (f) que passou pelo peneiro de 0,063 mm, através da fórmula: (3.8) onde, f - quantidade de finos que passa pelo peneiro de 0,063 mm (%); M 1 - massa total da amostra seca (g); M 2 - massa da amostra, após lavagem e secagem (g); P - massa do material peneirado retido no fundo da coluna de peneiros (g). A validade do ensaio foi verificada através da diferença entre a soma das massas Ri e P e a massa M 2 que, uma vez inferior a 1%, comprova os resultados do ensaio, não sendo necessário repeti-lo. Por fim, determinou-se o módulo de finura de cada um dos agregados, que corresponde à soma das percentagens totais retidas nos peneiros da série principal dividida por Massa volúmica e absorção de água Objectivo e norma do ensaio O conhecimento da massa volúmica de um determinado tipo de agregado reveste-se de elevada importância no processo de fabrico de betão. Tal facto reside na necessidade de conversão dos valores em volume resultantes do cálculo da composição óptima do betão, para os valores em massa correspondentes, que tem como objectivo facilitar a quantificação das dosagens utilizadas na constituição do betão. Essa conversão é realizada através dos valores de massa volúmica dos agregados saturados com a superfície seca, por ser este o modo ideal de juntar os agregados à mistura. Com o objectivo de não prejudicar a fiabilidade das betonagens, teve-se o cuidado de manter os agregados não saturados durante a campanha experimental. O ensaio permite não só determinar a massa volúmica dos agregados saturados com a superfície seca, mas também a massa volúmica das partículas secas em estufa e a massa volúmica do material impermeável das partículas. Por fim, determinou-se a absorção de água, que consiste no aumento de massa dos diversos agregados após a sua secagem em estufa, resultante da posterior penetração da água através dos poros existentes nos agregados quando imersos. Esta característica é de elevada importância, uma vez que a relação a/c dos betões produzidos pode ser influenciada pela maior ou menor absorção de água dos agregados, afectando consequentemente a consistência e a trabalhabilidade desses betões. No entanto, no caso presente, a absorção de água dos agregados utilizados (AN e AB) não é elevada, pelo que, não foi necessário recorrer a qualquer adição de água de forma a compensar aquela que foi absorvida pelos agregados. A metodologia do ensaio e os princípios adoptados na determinação da massa volúmica e da absorção de água seguiram a norma NP EN (2003) Ensaios das propriedades mecânicas e físicas dos agregados. Parte 6: Determinação da massa volúmica e da absorção de gua. O método utilizado foi o do picnómetro, tendo-se primeiramente separado as amostras dos agregados em finos (fracções de 0,063 a 4 59

78 Capítulo 3 - Campanha experimental mm) e em grossos (fracções de 4 mm a 31,5 mm), para a posterior realização do ensaio, de acordo com a norma referida Equipamentos utilizados Os equipamentos utilizados ao longo do ensaio foram os seguintes: estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC; balança de precisão de ± 0,1% da massa a determinar; termómetro; peneiros de ensaio, de acordo com a norma NP EN com as aberturas de 0,063, 4 e 31,5 mm; máquina de peneiração; picnómetro com capacidade entre 500 e 5000 ml, conforme a dimensão do provete Amostras Partículas de agregado com dimensão entre 4 e 31,5 mm: As massas dos provetes de ensaio foram obtidas através dos valores presentes no Quadro Estes valores são função do D max dos agregados em análise. Quando o valor de D max correspondeu a um valor intermédio dos que se encontram no referido quadro, procedeu-se a uma interpolação. Quadro Massa mínima do provete de ensaio de massa volúmica em função da máxima dimensão do agregado D máx (mm) Massa mínima do provete (kg) 31, De modo a preparar a amostra, o provete foi lavado sobre os peneiros de 31,5 mm e de 4 mm, permitindo a remoção das partículas inferiores a 4 mm e a exclusão das partículas superiores a 31,5 mm. Partículas de agregado com dimensão entre 0,063 e 4 mm: Foi utilizado o método do picnómetro e uma vez que as partículas de agregado possuíam dimensões entre 0,063 e 4 mm, optou-se por ensaiar uma massa do provete de ensaio superior a 1 kg, conforme especificado na norma. Procedeu-se a uma lavagem do provete, de modo a remover as partículas inferiores a 0,063 mm e superiores a 4 mm, utilizando os peneiros com as dimensões correspondentes Procedimentos de ensaio Partículas de agregado com dimensão entre 4 e 31,5 mm: A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: 1. Começou-se por imergir o provete de ensaio, previamente preparado, no picnómetro com água a (22 ± 3) ºC; procedeu-se à eliminação do ar ocluído, através da agitação manual do picnómetro; 2. Colocou-se o picnómetro em banho-maria, mantendo o mesmo a uma temperatura de (22 ± 3) ºC durante (24 ± 0,5) horas; 60

79 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 3. Removeu-se o picnómetro da estufa e eliminou-se o ar ocluído, através da agitação manual; 4. Adicionou-se água de modo a que esta preenchesse todo o volume do recipiente; procedeu-se à secagem superficial do picnómetro e registou-se a sua massa (M 2 ); 5. Registou-se a temperatura da água; 6. Removeu-se o agregado da água e deixou-se a escorrer durante alguns minutos; 7. Introduziu-se água no picnómetro e procedeu-se à sua secagem superficial e à sua pesagem (M 3 ); 8. Registou-se de novo a temperatura da água, verificando se a variação não excedia 2 ºC em relação à temperatura medida no ponto 5.; 9. Secou-se o provete com o auxílio de um pano seco; 10. Quando o pano se apresentou húmido, os agregados foram espalhados numa camada monogranular, até que ficassem saturados com superfície seca, ou seja, de modo a que as películas de água superficiais desaparecessem, mas apresentando ainda um aspecto húmido; 11. Colocou-se o provete num tabuleiro de forma a efectuar-se a sua pesagem (M 1 ); 12. O provete foi seco em estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC até se obter massa constante e registou-se como M 4. Partículas de agregado com dimensão entre 0,063 e 4 mm 1. Começou por se efectuar os primeiros 5 passos do procedimento relativo às partículas de agregado com dimensão entre 4 e 31,5 mm; 2. Decantou-se a maior quantidade de água possível contida no provete, esvaziando-se o picnómetro sobre um tabuleiro; 3. O picnómetro foi novamente cheio com água, tendo-se registado o seu peso (M 3 ) após este se encontrar seco por fora; 4. A temperatura foi novamente medida, tendo-se verificado se a sua variação face à medição anterior não excedia 2 ºC; 5. Os agregados foram colocados num tabuleiro e expostos a uma leve corrente de ar, durante um certo período de tempo, de forma a permitir a evaporação da humidade superficial destes. Durante este período o provete foi remexido várias vezes, até que não fosse visível humidade superficial nem aglomerados de partículas; 6. O provete foi remexido até que atingisse a temperatura ambiente; 7. Colocou-se o provete num tabuleiro de forma a registar o seu peso (M 1 ); 8. O provete foi seco em estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC até se obter massa constante e registou-se como M 4 (Figura 3.3); 61

80 Capítulo 3 - Campanha experimental Figura Pesagem depois de os agregados obterem massa constante Modo de obtenção e apresentação dos resultados As diversas massas volúmicas dos agregados foram calculadas com recurso às seguintes expressões: a w rd w ssd w kg dm 3 (3.9) kg dm 3 (3.10) kg dm 3 (3.11) A absorção de água (em percentagem da massa seca), após a imersão durante 24 horas, foi calculada através da seguinte expressão: A em que, a - massa volúmica do material impermeável das partículas (kg/dm 3 ); rd - massa volúmica das partículas secas em estufa (kg/dm 3 ); ssd - massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca (kg/dm 3 ); w - massa volúmica da água (kg/dm 3 ); WA 24 - absorção de água após imersão em água durante 24 h (%); M 1 - massa do agregado saturado com superfície seca (g); M 2 - massa do picnómetro contendo o provete imerso na água e saturado (g); M 3 - massa do picnómetro cheio de água (g); M 4 - massa do provete de ensaio seco em estufa (g). 100 (3.12) Baridade e volume de vazios Objectivo e norma do ensaio A baridade (ou massa volúmica aparente) representa a massa por unidade de volume aparente de um determinado conjunto de agregados, variando com diversos factores como o grau de compactação, a curva granulométrica e a forma dos agregados. Esta propriedade é fundamental quando as medições correspondentes à formulação do betão são feitas em volume. No presente trabalho, como as medições são feitas em peso, a baridade perde utilidade. No entanto, 62

81 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha não deixa de ser responsável pela quantificação das principais características físicas dos agregados, devendo, como tal, ser alvo de avaliação. O ensaio de baridade permite também determinar a percentagem de vazios num determinado volume de agregados (volume de vazios). A metodologia e os princípios adoptados no ensaio seguiram a norma NP EN (2003) Ensaios para determinação das propriedades mecânicas e físicas dos agregados. Parte 3: Método para determinação da massa volúmica e dos vazios Equipamentos utilizados Os equipamentos utilizados ao longo do ensaio foram os seguintes: estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC; balança de precisão de ± 0,1% da massa a determinar; varão de compactação; régua; recipiente cilíndrico de aço inoxidável, com capacidade de 10 litros Amostras A realização deste ensaio consiste na colocação de uma determinada quantidade de agregados num recipiente, até este se encontrar completamente cheio. O volume do recipiente utilizado no ensaio varia com a máxima dimensão do agregado, tal como se pode observar no Quadro Quadro Capacidade mínima do recipiente em função da máxima dimensão do agregado D máx (mm) Capacidade mínima do recipiente (l) Até Até 31,5 10 Até 16 5 Até 4 1 Na presente campanha, apenas foi utilizado o recipiente de 10 litros, uma vez que era o único disponível no laboratório. Foram preparados três provetes de ensaio contendo 120 a 130% da massa necessária para encher o recipiente. Os provetes foram previamente introduzidos na estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC até possuírem massa constante Procedimentos de ensaio A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: concluída a preparação das amostras referida, limpou-se o recipiente e, depois de seco, procedeu-se à sua pesagem (M 1 ); o recipiente foi colocado sobre uma superfície horizontal e com o auxílio de uma pá, foi cheio até transbordar, sem compactação (Figura 3.4); 63

82 Capítulo 3 - Campanha experimental utilizou-se uma régua para retirar o material em excesso e obter assim uma superfície nivelada, tentando igualar o volume de agregados à capacidade do recipiente; pesou-se o recipiente cheio e registou-se a sua massa (M 2 ); repetiu-se o procedimento para os restantes 2 provetes de ensaio. Figura Enchimento do recipiente com areia fina Modo de obtenção e apresentação dos resultados A baridade foi determinada através da seguinte expressão: (3.13) em que, i - massa volúmica aparente do provete de ensaio i (kg/dm 3 ); M 1 - massa do recipiente de ensaio (kg); M 2 - massa do recipiente com o provete de ensaio (kg); V r - volume do recipiente de ensaio (dm 3 ). A massa volúmica aparente de cada tipo de agregado ( b ) foi obtida através da média dos 3 provetes de ensaio. Relativamente à percentagem de vazios, a expressão utilizada para a sua determinação foi: (3.14) em que, - percentagem de vazios; b - massa volúmica aparente de cada agregado (kg/dm 3 ); p - massa volúmica das partículas secas em estufa, determinada de acordo com a norma NP EN (kg/dm 3 ) Desgaste de Los Angeles Objectivo e norma do ensaio O ensaio de desgaste de Los Angeles tem como objectivo avaliar a perda de massa do agregado por abrasão. Este ensaio é muito utilizado uma vez que possibilita, além do conhecimento do desgaste dos 64

83 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha agregados utilizados no betão, a obtenção de uma relação entre os resultados do ensaio e as tensões de rotura de compressão e de flexão dos betões fabricados com os respectivos agregados. Para a realização deste ensaio, seguiu-se a especificação do LNEC E-237 (1970) Ensaio de desgaste pela m quina de Los Angeles Equipamentos utilizados Os equipamentos utilizados ao longo do ensaio foram os seguintes: máquina de peneiração; estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC; peneiros de ensaio da série ASTM; balança de precisão de ± 0,1% da massa a determinar; máquina de Los Angeles; esferas de aço, que constituem a carga abrasiva (6 a 12, consoante a composição granulométrica do provete de ensaio) Amostras Na preparação da amostra, lavou-se o agregado e secou-se em estufa ventilada à temperatura de (110 ±5) ºC, até se atingir massa constante. De seguida, a amostra foi peneirada segundo as fracções granulométricas especificadas na série ASTM, de forma a estabelecer-se o provete de ensaio que consistiu na reunião das diversas quantidades respectivas às fracções fixadas pela especificação LNEC E-237. Por fim, pesou-se o provete e registou-se a sua massa (M 1 ) Procedimentos de ensaio A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: 1. Preparou-se o provete de ensaio conforme descrito; 2. Constituiu-se a carga abrasiva, de acordo com a especificação referida; 3. Introduziu-se o provete de ensaio e a carga abrasiva na máquina de Los Angeles (Figura 3.5), e colocou-se a tampa na máquina; ligou-se a máquina à velocidade de 30 a 33 rpm; 4. De seguida, retirou-se o material do interior do máquina, procedendo-se à sua peneiração utilizando o peneiro com abertura igual a 1,68 mm, colocando-se um peneiro de maior abertura sobre o primeiro de forma a proteger a sua malha; 5. Procedeu-se à lavagem do material sobre o peneiro de 1,68 mm e secou-se o material em estufa ventilada à temperatura de (110±5) ºC, até atingir massa constante; 6. Pesou-se o material e registou-se a sua massa (M 2 ). 65

84 Capítulo 3 - Campanha experimental Figura Máquina de Los Angeles Modo de obtenção e de apresentação dos resultados A perda por desgaste na máquina de Los Angeles foi determinada através da expressão: (3.15) onde, P d - perda por desgaste na máquina de Los Angeles (%); m 1 - massa do provete de ensaio (g); m 2 - massa do material retido no peneiro de 1,68 mm (g) Índice de forma Objectivo e norma do ensaio O índice de forma permite caracterizar a geometria das partículas de um determinado agregado, para fracções granulométricas superiores a 4 mm. Esta propriedade é importante uma vez que permite distinguir os agregados rolados (que favorecem a compacidade e trabalhabilidade do betão) dos agregados britados (que podem permitir um aumento na resistência mecânica) Equipamentos utilizados Os equipamentos utilizados ao longo do ensaio foram as seguintes: estufa ventilada à temperatura de (110 ± 5) ºC; peneiros de ensaio, de acordo com o especificado na norma NP EN 933-2; máquina de peneiração; balança de precisão de ± 0,1% da massa a determinar; paquímetro Amostras A preparação das amostras consiste em colocá-las em estufa ventilada a (110 ± 5) ºC, até atingirem massa constante. A massa mínima do provete varia com D máx, como se pode observar no Quadro Caso o valor de D máx não se encontre no referido quadro, é efectuada uma interpolação através dos valores de massa presentes. 66

85 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Quadro Massa mínima do provete de ensaio do índice de forma em função da máxima dimensão do agregado Dmáx (mm) Massa mínima do provete (kg) ,1 Com o auxílio de peneiros de ensaio, procedeu-se à separação das partículas superiores a 4 mm, rejeitando o material passado nesse peneiro. No final deste processo, registou-se a massa do provete (M 0 ) Procedimentos de ensaio A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: 1. Efectuou-se a preparação dos provetes conforme referido; 2. Peneirou-se a amostra de forma a separá-la nas diversas fracções granulométricas; 3. Registou-se a massa de cada fracção granulométrica (M 1i ) e determinou-se a percentagem de cada uma em relação à massa total da amostra, as fracções que apresentaram percentagens inferiores a 10% foram desprezadas; 4. De seguida, mediu-se a dimensão máxima e mínima de cada partícula, com o auxílio de um paquímetro (Figura 3.6); para cada fracção granulométrica, a amostra foi separada em partículas não cúbicas (partículas cuja dimensão máxima é superior ao triplo da dimensão mínima) e em partículas cúbicas; 5. Finalmente, procedeu-se à pesagem da amostra contendo as partículas não cúbicas de cada fracção granulométrica (M 2i ). Figura Medição do índice de forma Modo de obtenção e apresentação dos resultados O índice de forma (SI) foi calculado segundo a seguinte expressão: S em que, SI - índice de forma (%); 2i 1i 100 (3.16) 1i - somatório das massas das partículas de cada uma das fracções granulométricas ensaiadas (g); 2i - somatório das massas das partículas não-cúbicas de cada uma das fracções granulométricas ensaiadas (g). 67

86 Capítulo 3 - Campanha experimental 3.6. Ensaios do betão no estado fresco Os ensaios realizados ao betão no estado fresco têm como finalidade avaliar o desempenho futuro do betão no estado endurecido. Na presente campanha, realizou-se o ensaio de abaixamento do cone de Abrams e o ensaio de determinação da massa volúmica (densidade). O ensaio de abaixamento possui elevada importância neste contexto, uma vez que permite verificar a conformidade da consistência previamente definida para as várias composições do betão (S3-100 a 150 mm) Abaixamento do cone de Abrams Objectivo e norma do ensaio O ensaio de abaixamento do cone de Abrams fornece, ao longo da produção de betões, uma indicação fundamental acerca da trabalhabilidade, que se exigiu como constante, em prol de uma correcta e coerente comparação entre as várias composições de betão. Durante a fase experimental, teve-se em conta este objectivo, procedendo, durante o processo de betonagem (caso fosse necessário), a um ajuste da relação água / cimento de uma determinada composição, de forma a cumprir a exigência referida. Na realização deste ensaio, seguiu-se a norma NP EN (2002) Ensaios do betão fresco. Parte 2: Ensaio de abaixamento Equipamentos utilizados Os equipamentos utilizados ao longo do ensaio foram os seguintes: molde de metal de forma tronco-cónica com diâmetro interno da base de (200 ± 2) mm, diâmetro interno do topo de (100 ± 2) mm e altura de (300 ± 2) mm; varão de compactação com extremidades arredondadas, com um diâmetro de (16 ± 1) mm e um comprimento de (600 ± 5 mm); funil que permitisse ser acoplado no topo do molde tronco-cónico; régua metálica graduada de 300 mm; placa metálica; colher de pedreiro; pá; espátula; carrinho de mão; pano molhado; cronómetro Amostras As amostras utilizadas no ensaio de abaixamento foram retiradas, após o betão ter sido homogeneizado com o auxílio de uma pá, procurando manter a representatividade destas (Figura 3.7). 68

87 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Homogeneização do betão Procedimentos de ensaio A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: concluída a homogeneização do betão fresco, preparou-se o molde tronco-cónico, humedecendo-o e fixando-o à chapa metálica, com vista a obter uma superfície nivelada; o molde foi enchido com betão em três camadas, cada uma delas com aproximadamente um terço da altura do molde e compactada em 25 pancadas com o auxílio do varão; durante o processo de compactação de uma determinada camada, procurou-se compactar toda a sua secção transversal, evitando ultrapassar a sua espessura; de modo a compensar uma eventual falta de betão no topo do molde após o processo de compactação, procedeu-se a um enchimento suplementar de material nesse local; após a compactação da última camada, alisou-se a superfície através de movimentos de rolamento com o varão de compactação; removeu-se o excesso de betão na chapa metálica; retirou-se o molde, cuidadosamente, através de um movimento vertical e uniforme num intervalo de tempo de entre 5 e 10 segundos; após remoção do molde, verificou-se a validade do abaixamento e registou-se o seu valor (Figura 3.8). Figura Medição do abaixamento do ensaio de cone de Abrams Modo de obtenção e apresentação de resultados O abaixamento (h) é quantificado pela diferença entre a altura do molde (300 mm) e o ponto mais alto do provete após desmoldagem. O ensaio de abaixamento é considerado válido se o betão se mostrar intacto e simétrico, isento de qualquer distorção. Caso estas condições não sejam satisfeitas, é necessário repetir o procedimento. 69

88 Capítulo 3 - Campanha experimental Massa volúmica Objectivo e norma do ensaio Este ensaio permite quantificar a massa volúmica do betão no estado fresco, propriedade que caracteriza a trabalhabilidade dos betões e o seu desempenho no estado endurecido. Na realização deste ensaio, seguiu-se a norma NP EN (2002) Ensaios do betão fresco. Parte 6: Massa volúmica Equipamentos utilizados Foram utilizados os seguintes equipamentos ao longo do ensaio: recipiente metálico de forma cilíndrica, com volume de 10 litros; balança de precisão de ± 0,1% da massa a determinar; agulha vibratória; varão de compactação; colher de pedreiro; pá; pano molhado Amostras As amostras utilizadas no ensaio de determinação da massa volúmica foram retiradas do carrinho de mão, após o betão ter sido homogeneizado com o auxílio de uma pá, procurando manter a representatividade destas Procedimentos de ensaio A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: pesou-se o recipiente cilíndrico vazio e registou-se a sua massa (M 1 ); encheu-se o recipiente com a amostra recolhida, após a homogeneização do betão; este processo foi faseado por duas camadas, tendo-se compactado cada uma delas com a agulha vibratória, durante um certo período de tempo (11 segundos), suficiente para assegurar a correcta compactação e não induzir em fenómenos de segregação do betão; durante o processo de vibração, houve o cuidado de manter a agulha vibratória na posição vertical e evitar o seu contacto com o recipiente (Figura 3.9); após o processo de compactação, procedeu-se ao nivelamento da superfície com o auxílio do varão de compactação; removeu-se os restos de betão presentes no exterior do recipiente com o pano molhado,pesou-se o recipiente e registou-se a sua massa como M 2. 70

89 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Vibração do betão para posterior registo da massa volúmica Modo de obtenção e apresentação de resultados A expressão utilizada para determinar a massa volúmica no estado fresco foi a seguinte: em que, D - massa volúmica do betão fresco (kg/m 3 ); M 1 - massa do recipiente (kg); M 2 - massa do recipiente cheio com betão fresco (kg); V - volume do recipiente (m 3 ). (3.17) 3.7. Ensaios do betão no estado endurecido Os ensaios ao betão no estado endurecido têm como principal objectivo descrever o comportamento do betão, averiguando a sua capacidade para cumprir as exigências paraa que foi dimensionado. A presente dissertação incide não só sobre o comportamento mecânico do betão após a sua exposição a altas temperaturas, mas também sobre as suas propriedades que caracterizam a reacção ao fogo Tipos de cura e idades dos betões Antes da descrição dos procedimentos dos ensaios ao betão no estado endurecido, é importante referir as idades e os processos de cura do betão que foram utilizados na presente campanha experimental. Assim, numa fase anterior à exposição térmica, ensaiaram-se 5 provetes cúbicos (150 mm de aresta) à compressão, com a idade correspondente a 28 dias. O processo de cura destes provetes compreendeu a sua colocação em câmara húmida (100% de humidade e temperatura de 20 ºC) após a sua descofragem. Uma vez que decorreu um período alargado entre a fase de produção de betões e a fase de ensaios de exposição ao fogo, foi definido um maior tempo de cura húmida para os restantes provetes (74 dias). Assim, após este período, os provetes foram transportados para a câmara de estufa seca (temperatura de 20 ± 2 ºC e humidade relativa de 50 ± 5%), onde permaneceram durante pelo menos 3 semanas. Este tempo foi estabelecido de forma a minimizar a humidade superficial nos provetes, limitando o fenómeno de destacamento (spalling) do betão, aquando da sua exposição térmica. 71

90 Capítulo 3 - Campanha experimental Por fim, de forma a avaliar as propriedades mecânicas residuais dos vários betões expostos à acção térmica, realizaram-se os ensaios de resistência à compressão e tracção (por compressão diametral) aos provetes, 4 dias após o ensaio de exposição térmica. O Quadro 3.19 apresenta resumidamente os ensaios realizados ao betão endurecido, assim como o número de provetes, forma e dimensões, tipos de cura e idade de ensaio. Quadro Quantidades, dimensões, tipos de cura e idades dos provetes ensaiados Ensaio Resistência à compressão Resistência à compressão Resistência à tracção por compressão diametral N.º de provetes Forma e dimensões (mm) Tipos de cura (dias) Câmara Câmara húmida seca Exposição térmica (dias) Idade do ensaio (dias) 5 Cúbico, 150 mm Cúbico, 150 mm Cilíndrico, 150x300 ( xh) Resistência à compressão Objectivo do ensaio O objectivo do ensaio de resistência à compressão é a determinação da capacidade resistente do betão sob tensão uniforme de compressão. Para tal, submete-se um determinado número de provetes a carregamentos elevados e regista-se o valor máximo atingido Normas de ensaio Na realização deste ensaio, seguiu-se a norma NP EN (2003) Ensaios do betão endurecido. Parte 3: Resistência à compressão dos provetes de ensaio. Relativamente à geometria e dimensões dos provetes de ensaio, seguiu-se a norma NP EN (2003) Ensaios ao betão endurecido. Parte 1: Forma, dimensões e outros requisitos para o ensaio de provetes e para os moldes. A norma NP EN (2003) Ensaios ao betão endurecido. Parte 2: Execução e cura dos provetes de ensaio de resistência mecânica foi consultada para efectuar os procedimentos relativos ao modo de execução e cura dos provetes de ensaio Equipamentos Os equipamentos utilizados ao longo do ensaio foram os seguintes: prensa hidráulica de 4 colunas e com velocidade de carregamento controlável, respeitando a norma NP EN (Figura 3.10); pano de limpeza dos provetes; balança de precisão de ± 0,1% da massa a determinar. 72

91 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Prensa hidráulica e respectivo controlador Provetes de ensaio O ensaio foi realizado em provetes de forma cúbica com 150 mm de aresta, sendo o respectivo período de cura variável consoante os ensaios. O programa de ensaios estipulou que, para cada composição de betão, se ensaiassem 5 provetes aos 28 dias, 4 provetes imediatamente antes da exposição ao fogo e 5 provetes após a exposição ao fogo, o que, tendo em conta as 4 amassaduras diferentes, perfez um total de 100 provetes de ensaio (Quadro 3.20). Todos os provetes foram mantidos durante 24 horas na zona de betonagem de modo a adquirirem resistência suficiente para uma correcta desmoldagem. Posteriormente, os mesmos foram transportados até à câmara de cura. Quadro Idades, número e tipo de provetes relativos ao ensaio de resistência à compressão Ensaio Idade N.º de provetes Resistência à compressão Forma e dimensões dos provetes Aos 28 dias 5 Cúbica, 150 mm No dia de exposição ao fogo 5 Cúbica, 150 mm Após exposição ao fogo com T = 400 ºC 5 Cúbica, 150 mm Após exposição ao fogo com T = 600 ºC 5 Cúbica, 150 mm Após exposição ao fogo com T = 800 ºC 5 Cúbica, 150 mm Procedimentos de ensaio A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: retirou-se o provete do ambiente de cura após atingida a idade definida; removeu-se o excesso de humidade e/ou sujidade do provete; pesou-se e registou-se a sua massa como M (apesar de não ter influência directa nos resultados, é um bom indicador da presença de vazios que justifiquem, eventualmente, disparidade de resultados); limpou-se cada superfície da máquina de ensaio com um pano seco; o provete foi centrado, relativamente ao prato inferior da máquina, evitando qualquer tipo de excentricidade; teve-se o cuidado de não fazer coincidir o plano correspondente à face de acabamento do provete com qualquer prato da máquina; ligou-se a máquina e aplicou-se a carga a uma velocidade constante de 0,5 MPa/s (o que corresponde aproximadamente a uma velocidade de carregamento de 11,3 kn/s) de forma contínua e sem choques até se atingir a rotura; 73

92 Capítulo 3 - Campanha experimental registou-se o valor da carga máxima (F) Resultados Após o ensaio, deverá verificou-se a validade da rotura, através da inspecção visual, classificando-a como satisfatória ou não satisfatória, conforme estipulado na norma NP EN A resistência à compressão de cada provete é dada pela seguinte expressão: (3.18) em que, f c - resistência à compressão do provete (MPa); F - carga máxima (N); A c - área da secção transversal do provete na qual a força foi aplicada (mm 2 ). Para cada idade, a resistência à compressão dos vários betões é dada pela média simples dos resultados dos provetes respectivos Resistência à tracção por compressão diametral Objectivo do ensaio A tensão de rotura à tracção do betão pode ser determinada por tracção pura, por flexão simples ou por compressão diametral. No presente estudo, atendendo aos meios disponíveis no laboratório, optou-se por realizar o ensaio de tracção por compressão diametral. Este ensaio consiste em submeter o provete cilíndrico a uma carga de faca distribuída ao longo da sua geratriz, o que provoca tensões perpendiculares ao plano de carga, e, consequentemente leva à rotura do provete por tracção Normas de ensaio Na realização deste ensaio, seguiu-se a norma NP EN (2003) Ensaios do betão endurecido. Parte 6: Resistência à tracção por compressão dos provetes. Relativamente à geometria e dimensões dos provetes de ensaio, seguiu-se a norma NP EN (2003) Ensaios ao betão endurecido. Parte 1: Forma, dimensões e outros requisitos para o ensaio de provetes e para os moldes. A norma NP EN (2003) Ensaios ao betão endurecido. Parte 2: Execução e cura dos provetes de ensaio de resistência mecânica foi consultada para efectuar os procedimentos relativos ao modo de execução e cura dos provetes de ensaio Equipamentos Os equipamentos utilizados ao longo do ensaio foram: prensa hidráulica de 4 colunas e com velocidade de carregamento controlável, respeitando a norma NP EN ; pano de limpeza dos provetes; posicionador dos provetes, em aço (opcional); peça de carga, em aço (Figura 3.11); 74

93 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha faixas de cartão prensado, conforme a NP EN 316. Figura Peça de carga para ensaio de resistência à tracção por compressão diametral Provetes de ensaio O ensaio foi realizado em provetes com geometria cilíndrica, de 150 mm de diâmetro e 300 mm de altura. O programa de ensaios estipulou que, para cada composição de betão, se ensaiassem 3 provetes após a exposição ao fogo, o que, tendo em conta as 4 amassaduras diferentes, perfez um total de 36 provetes de ensaio (Quadro 3.21). Todos os provetes foram mantidos durante 24 horas na zona de betonagem de modo a adquirirem resistência suficiente para uma correcta desmoldagem. Posteriormente, os mesmos foram transportados até à câmara de cura. Quadro Idades, número e tipo de provetes relativos ao ensaio de resistência à tracção Ensaio Resistência à tracção por compressão diametral Idade N.º de provetes Forma e dimensões dos provetes Após exposição ao fogo com T = 400 ºC 3 Cilíndrica, 150 x 300 mm Após exposição ao fogo com T = 600 ºC 3 Cilíndrica, 150 x 300 mm Após exposição ao fogo com T = 800 ºC 3 Cilíndrica, 150 x 300 mm Procedimentos de ensaio A realização deste ensaio compreendeu os seguintes procedimentos: retirou-se o provete do ambiente de cura após atingida a idade definida; limpou-se cada superfície da máquina de ensaio com um pano seco; o provete foi centrado, relativamente aos pratos da máquina, evitando qualquer tipo de excentricidade; posicionaram-se as faixas de cartão prensado nas geratrizes de base e de topo, sendo que nesta última sobrepôs-se a peça de carga (Figura 3.12); ligou-se a máquina e aplicou-se a carga a uma velocidade constante de 0,045 MPa/s (o que corresponde aproximadamente a uma velocidade de carregamento de 1,3 kn/s) de forma contínua e sem choques até se atingir a rotura; houve o cuidado de manter os pratos paralelos entre si durante todo o ensaio; registou-se a carga máxima (F). 75

94 Capítulo 3 - Campanha experimental Figura Posicionamento do provete de ensaio de resistência à tracção Resultados A resistência à tracção por compressão diametral de cada provete é dada pela seguinte expressão: (3.19) em que, f ct - resistência à tracção por compressão diametral (MPa); F - carga máxima (N); L - comprimento da linha de contacto do provete (mm); d - dimensão da secção transversal (mm). A resistência à tracção por compressão diametral dos vários betões é obtida através da média simples dos provetes respectivos Exposição térmica e avaliação da temperatura Definição da acção térmica Cada uma das quatro composições de betão (BR, B5FG, B10FG e B15FG) foi sujeita aos seguintes tipos de acções térmicas: 400, 600 e 800 º C (correspondendo a nível de notação a T400, T600 e T800), durante 60min. Os princípios do ensaio assentam na simulação da acção de incêndio de acordo com a curva paramétrica de incêndio padrão ISO 834, aplicada nos ensaios experimentais em fornalha com o objectivo da determinação da resistência ao fogo dos elementos estruturais. A curva de incêndio encontra-se definida no Eurocódigo 1 - parte 1.2 (EC1 - parte 1.2, 2002), e nela podem-se distinguir duas fases de incêndio: uma de aquecimento e outra de arrefecimento. Esta consideração tem como objectivo a representação (o mais fiável possível) do que ocorre em situações de incêndio real, tendo em conta diversos parâmetros que influenciam o desenvolvimento e a extensão do incêndio. Assim, durante a fase de aquecimento, a temperatura no interior do forno de ensaio é dada pela seguinte expressão: (3.20 em que: θ g - temperatura do gás na vizinhança do elemento exposto ao fogo (ºC); t - tempo (min). 76

95 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha No que respeita à fase de arrefecimento, esta é modelada de acordo com as especificações do Eurocódigo 1 - parte 1.2, relativamente ao arrefecimento das curvas paramétricas de incêndio. Segundo as especificações, a taxa de redução é de 250 ºC/hora para exposições superiores a duas horas e de 625 ºC/hora para exposições inferiores a meia hora. Assim, a função que representa a relação temperatura tempo durante a fase de arrefecimento é dada pela seguinte expressão: (3.21) em que: θ g - temperatura do gás na vizinhança do elemento exposto ao fogo (ºC); θ máx - temperatura máxima pretendida do gás na vizinhança do elemento exposto ao fogo (ºC); t - tempo (min); t máx - tempo máximo de exposição térmica (min). Na Figura 3.13, pode-se observar, a evolução das temperaturas em função do tempo (aquecimento), assim como as respectivas curvas de arrefecimento para os três tipos de exposição térmica (400, 600 e 800 ºC). Figura Curvas de incêndio padrão ISO 834 com as respectivas fases de arrefecimento para os diferentes patamares de exposição térmica (adaptado de Vieira, 2009) Uma vez que o forno utilizado para simular a acção de incêndio não tinha, efectivamente, a capacidade de reproduzir com rigor as curvas de arrefecimento (já que não possuía mecanismos para tal), decidiu-se adoptar uma solução diferente da preconizada pela metodologia normativa. Deste modo, tal como descrito no subcapítulo 3.7.4, foi definido que o arrefecimento ocorreria de forma natural, desligando o forno após os 60 minutos de exposição térmica para cada uma das temperaturas de aquecimento referidas. 77

96 Capítulo 3 - Campanha experimental Equipamento utilizado Os dois equipamentos utilizados durante esta fase de ensaios foram os termopares (capazes de registar a temperatura) e o forno de ensaio, onde os provetes foram expostos à acção térmica. a) Termopares A colocação de termopares nos provetes cúbicos (150 mm) de betão teve como objectivo a avaliação da evolução das temperaturas no interior dos mesmos, aquando da exposição térmica. Foram preparados termopares do tipo K, que introduzidos no interior de provetes cúbicos durante a fase de betonagem. O Quadro 3.22 mostra o número de provetes em que foram introduzidos termopares em função do tipo de betão. Quadro Identificação dos provetes em que foram colocados termopares Tipo de betão Provetes cúbicos com termopares BR 6 B5FG 2 B10FG 2 B15FG 2 Em cada provete cúbico, foram colocados 3 termopares a diferentes profundidades (75, 112,5 e 150 mm), tal como ilustra a Figura Distância à superfície: 75 mm 37,5 mm 0 mm Figura Posicionamento dos termopares no interior de um provete cúbico Os termopares foram acoplados a um palito de madeira segundo o mesmo alinhamento vertical e foram colocados cuidadosamente no centro do interior do provete cúbico, tendo-se procurado garantir a sua verticalidade durante a colocação do betão e a posterior vibração do mesmo (Figura 3.15). Figura Colocação dos termopares aquando da betonagem dos provetes 78

97 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha b) Forno de ensaio A simulação da acção de incêndio foi realizada num forno a gás cedido pela empresa TRIA ao Laboratório de Construção do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do IST. Este possui as seguintes dimensões exteriores: 1,35 m de comprimento 1,20 m de profundidade 2,10 m de altura. A base do forno é revestida por tijolos cerâmicos refractários (capazes de suportar elevadas temperaturas) e as suas paredes internas e de topo são revestidas com camadas de lã cerâmica, delimitando uma área horizontal em planta de 0,85 m de comprimento 0,70 m de profundidade (Figura 3.16). De forma a poder simular a acção de incêndio, o forno dispõe de 6 queimadores de gás cuja intensidade é regulada através de um controlador próprio, que mede as temperaturas registadas nos 3 termopares interiores e ajusta a intensidade dos queimadores de forma a aproximar a temperatura interior à temperatura teórica (relativa à curva temperatura-tempo). Os queimadores estão distribuídos nas paredes laterais do forno, tendo cada uma das paredes cerca de 3 queimadores espaçados de 60 cm (aproximadamente). Quanto aos termopares interiores, estes estão distribuídos ao longo de toda a altura do forno, sendo que um se localiza a meia altura e os outros dois a aproximadamente 30 cm do topo e da base, respectivamente. A fonte de gás de cada um dos queimadores tem origem em tubagens exteriores ligadas ao forno. Cada queimador possui um sistema de controlo próprio que permite ligar / desligar o queimador, possuindo 3 luzes de alerta de qualquer anomalia verificada durante o decorrer do ensaio. A porta do forno é completamente opaca e sem qualquer abertura, o que não permite a observação do aspecto dos provetes aquando da realização do ensaio. Figura Interior do forno de ensaio Exposição térmica: ensaio preliminar e considerações iniciais Previamente à exposição térmica definitiva, efectuou-se um ensaio preliminar com o objectivo de avaliar a libertação de fumo do betão com borracha. A definição das curvas teóricas tempo - temperatura que se pretendeu reproduzir nos diversos ensaios foi feita com base no software BlueControl, onde são parametrizadas as curvas pretendidas e, posteriormente, enviadas para o controlador do forno através de um cabo de dados. Assim, no ensaio preliminar, decidiu-se avaliar a libertação de fumo do material para a curva T600, para a fase de aquecimento. Neste teste, o 79

98 Capítulo 3 - Campanha experimental patamar de exposição térmica foi de 25 min, de forma a não prolongar desnecessariamente o ensaio. Os provetes utilizados foram os provetes já ensaiados referentes ao ensaio de resistência à compressão (que já estavam inutilizáveis), procurando-se introduzir no forno uma carga de material com borracha semelhante àquele que iria ser exposto nos ensaios definitivos. Na Figura 3.17, pode-se observar os resultados obtidos. Figura Ensaio preliminar: curva teórica ISO 834 e curva experimental para a temperatura de 600 ºC Concluído o ensaio, verificou-se que ocorreu uma libertação de fumo mais pronunciada nos minutos finais do ensaio, acompanhada por uma moderada libertação de gases (com odores fortes). Devido a este facto, o planeamento relativo aos ensaios definitivos foi realizado privilegiando os horários a partir do final da tarde, período em que a ocupação do laboratório e do próprio IST é mais reduzida. No que respeita à capacidade do forno em reproduzir, de forma tão aproximadamente quanto possível, as curvas tempo - temperatura, foi necessário ter em conta algumas considerações, presentes na campanha experimental desenvolvida por Vieira (2009), que apresenta semelhanças com a presente campanha. Assim, relativamente à fase de arrefecimento, como o forno não tem a capacidade de reproduzir fielmente a curva teórica ISO 834, foi necessário adoptar uma solução alternativa. Na Figura 3.18, pode-se evidenciar o referido facto, onde se nota que, para a curva T800 com um patamar de exposição térmica de 30 min, a partir de um certo instante ( 90 min), os valores da curva experimental afastam-se dos valores teóricos pretendidos. Deste modo, a solução encontrada passou por realizar um arrefecimento manual, desligando os queimadores e deixando os provetes a arrefecer no interior do forno (com este fechado), até se atingirem temperaturas mais baixas (na ordem de 140 ± 20 ºC). Concluído este passo, abriu-se a porta do forno, passando o arrefecimento dos provetes a ocorrer por contacto com a temperatura ambiente. 80

99 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Comparação entre a curva teórica e a curva experimental - T800 (Vieira, 2009) O mesmo autor concluiu também, através da realização de ensaios preliminares às temperaturas de 400 e 600 ºC (Figura 3.19 e Figura 3.20), que a reprodutibilidade do forno relativamente à fase de aquecimento e patamar de temperatura era aceitável. Contudo, no que respeita ao patamar de exposição térmica à temperatura de 400 ºC, verificou-se um pico inicial de temperatura (580 ºC), tendo sido necessário realizar ajustes à parametrização da fase de aquecimento da curva. Estes ajustes foram tidos em conta na presente campanha experimental, para reproduzir, o mais semelhante possível, a curva teórica ISO 834. Figura Comparação entre a curva teórica ISO 834 e a curva experimental T400 (Vieira, 2010) Figura Comparação entre a curva teórica ISO 834 e a curva experimental T600 (Vieira, 2010) 81

100 Capítulo 3 - Campanha experimental Exposição térmica: ensaios definitivos Concluída a fase preliminar da exposição térmica, procedeu-se à realização dos ensaios definitivos. Para cada tipo de acção térmica (400, 600 e 800 ºC) e cada composição (BR, B5FG, B10FG e B15FG), foram ensaiados 5 provetes cúbicos e 3 provetes cilíndricos. Adicionalmente, ensaiaram-se também 12 provetes cúbicos contendo termopares (6 de BR, 2 de B5FG, 2 de B10FG e 2 de B15FG), que foram distribuídos ao longo dos vários ensaios. Uma vez que o forno não tinha espaço suficiente para colocar a totalidade dos provetes para cada tipo de exposição térmica, foi necessário definir 2 ensaios, sendo que em cada ensaio foram sujeitas à exposição térmica 2 tipos de composição de betão. Assim, foram definidas as disposições dos provetes para cada ensaio (Figura 3.22, Figura 3.21, Figura 3.23 e Figura 3.24), procurando manter a representatividade e coerência de resultados. No 1º ensaio foram expostos os provetes das composições BR e B15FG e no 2º ensaio foram expostos os provetes das composições B5FG e B10FG. Relativamente aos provetes cúbicos contendo termopares, a sua distribuição ao longo dos ensaios é apresentada no Quadro Houve o cuidado de colocar chapas metálicas junto aos provetes próximos dos queimadores, com o intuito de evitar a incidência directa das chamas sobre os mesmos. P.7 P.7 Q.7 Q.7 P.2 P.3 P.8 Q.2 Q.3 Q.8 P.1 P.5 P.6 P.4 Q.1 Q.5 Q.6 Q.4 Figura Disposição em planta dos provetes no 1.º ensaio Figura Disposição em planta dos provetes no 2.º ensaio Figura Legenda da disposição dos provetes no 1.º ensaio (BR+B15FG) 82

101 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Legenda da disposição dos provetes no 2.º ensaio (B5FG + B10FG) Quadro Distribuição dos provetes cúbicos com termopares segundo os ensaios Ensaio Referência Provete A B15FG B BR T = 400 ºC C BR D B5FG A BR B B5FG T = 600 ºC C BR D B10FG A BR B B10FG T = 800 ºC C BR D B15FG Após a definição da disposição dos diversos provetes de ensaio, procedeu-se à realização dos ensaios definitivos de exposição térmica. Os provetes foram retirados do ambiente de cura (câmara de estufa seca) e foram transportados até ao forno. A distribuição dos provetes conforme o preconizado foi feita com o auxílio de fragmentos de tijolos refractários (capazes de suportar altas temperaturas), que estabeleceram o espaçamento vertical entre provetes, evitando o seu contacto e, consequentemente, conferirindo uma maior área de exposição. As fichas dos termopares foram ligadas ao data logger, cuja função foi a transmissão das leituras dos termopares no interior dos provetes para um computador, registando as suas evoluções ao longo do ensaio, recorrendo ao software Catman (Figura 3.25). No que refere às temperaturas no interior do forno, estas foram controladas através de um sistema constituído por termopares acoplados às paredes internas do forno, que transmitiram as leituras das temperaturas do gás para um mostrador digital localizado na consola do interior do forno. Este aparelho 83

102 Capítulo 3 - Campanha experimental continha a informação relativa ao valor da temperatura objectivo em cada fase ( set point ) e ao valor da temperatura real no interior do forno ( process value ). Como não existe nenhum aparelho capaz de registar os dados do sistema ao longo do ensaio, o registo das temperaturas no interior do forno foi feito manualmente, através de um computador. Figura Data logger e ligação dos termopares Reacção ao fogo Programa experimental e objectivo do ensaio O betão com agregados reciclados de borracha apresenta, sob o ponto de vista de reacção ao fogo, um comportamento diferente face a um betão de referência, devido às características particulares da borracha. Os efeitos da libertação de fumo e gases tóxicos deste tipo de material nos ocupantes de um determinado edifício, contribuem para que a reacção ao fogo se torne numa variável fundamental sob o ponto de vista do estudo do comportamento ao fogo do mesmo material. Com o intuito de determinar as propriedades de reacção ao fogo do betão com agregados reciclados de borracha, foram ensaiados num cone calorimétrico provetes com as dimensões de 10 x 10 x 1,5 cm, de cada composição de betão a três fluxos de calor: 25, 50 e 75 kw/m 2, correspondendo às temperaturas médias de 605, 782, e 902 ºC, respectivamente (Quadro 3.24). Estes ensaios decorreram no Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI), entidade responsável pela execução dos ensaios no referido equipamento. Quadro Ensaios de reacção ao fogo - betão, fluxo de calor, provetes Betão Fluxo de calor (kw/m 2 ) Nº de provetes 25 3 B5FG B10FG B15FG

103 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Os objectivos do ensaio de reacção ao fogo consistiram na avaliação do comportamento do material durante o ensaio, na determinação das suas propriedades de reacção ao fogo e no estabelecimento de classes de reacção ao fogo das diferentes composições. As propriedades de reacção ao fogo estudadas foram a taxa de libertação de calor, a massa remanescente, o calor efectivo de combustão, a área específica de extinção ou produção de fumo, a libertação de dióxido de carbono (CO 2 ) por unidade de massa e a libertação de monóxido de carbono (CO) por unidade de massa Equipamento e normas de ensaio O ensaio decorreu segundo as normas ASTM E1354 e ISO 5660, que prevêem a utilização de um equipamento designado por cone calorimétrico (Figura 3.26 e Figura 3.27), cuja constituição é a seguinte: (i) uma célula de carga posicionada abaixo do suporte do provete; (ii) uma resistência eléctrica de forma cónica (sob a qual os provetes são colocados), sendo o processo de ignição induzido através de um mecanismo de faísca; (iii) um sistema de exaustão dos gases de combustão; (iv) um analisador de oxigénio; (v) um sistema de medição de fumos; (vi) analisadores de monóxido e dióxido de carbono; (vii) um sistema de registo de dados.. Figura Esquema de um cone calorímetro (adaptado de Babrauskas, 1993) 85

104 Capítulo 3 - Campanha experimental Figura Calorímetro de cone Princípios do ensaio A medição da taxa de libertação de calor (HRR) é baseada no princípio de consumo de oxigénio do material orgânico, em que o calor de combustão varia proporcionalmente com o consumo de oxigénio (por unidade de massa). A inflamabilidade de um material é definida como a sua propensão para se tornar inflamável e é expressa através de um período de tempo (tempo de ignição), que se define como o tempo de exposição necessário para que o provete se inflame. O calor efectivo de combustão (EHC) corresponde à energia libertada (calor) pelo material quando ocorre a completa combustão com oxigénio. A produção de fumo do material é medida através da área específica de extinção (SEA). Esta propriedade é quantificada através da diminuição da intensidade de luz transmitida por um fotómetro laser, que está localizado no tubo de extracção de fumo. A área específica de extinção é medida em m 2 /kg já que esta representa a quantidade de fumo que está a ser produzida por um provete, por unidade de massa, num determinado instante. A perda de massa do material indica a extensão da decomposição térmica e consequente volatilização do mesmo aquando da exposição ao fluxo de calor. Esta propriedade é medida através da célula de carga que se localiza abaixo do suporte do provete de ensaio Procedimento experimental e determinação de resultados Os provetes com as dimensões de 10 x 10 x 1,5 cm 3 foram obtidos através do corte de provetes cúbicos, com o auxílio de uma máquina de corte diamantado. Posteriormente ao seu corte, os provetes foram colocados em estufa seca aproximadamente uma semana. Imediatamente antes do ensaio, foi colocada uma protecção lateral de folha de alumínio (Figura 3.28). De seguida, procedeu-se à identificação do provete, para posteriormente se colocar no suporte do cone calorimétrico. Em todos os ensaios, foi utilizada uma camada de lã de rocha entre o suporte e a base inferior do provete. 86

105 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Preparação do provete para o ensaio de reacção ao fogo Após a execução da calibração do cone calorímetro segundo as normas referidas, os provetes foram colocados, um a um, e foi ligado o registo de dados assim como próprio cone calorimétrico. Ajustou-se a resistência eléctrica a uma distância de 2,5 cm da superfície do provete. Em todos os provetes, assim que se originou a primeira chama contínua, o ignitor de faíscas foi retirado e pressionou-se o botão gnition. Após este passo, aguardou-se que o provete terminasse a sua inflamação (i.e., até que deixassem de existir chamas contínuas à superfície) e aguardou-se 2 minutos para terminar o ensaio. Este último procedimento está em conformidade com as normas respectivas ao ensaio de reacção ao fogo. Assim, segundo a norma ASTM E1354, a recolha de dados deve ser feita até que uma das três seguintes condições seja satisfeita: (i) decorra um período de 2 minutos em que não haja qualquer sinal de combustão ou presença de chamas; (ii) a perda de massa média se reduza, durante um minuto, para valores inferiores a 150 g/m 2 ou (iii) tenham decorrido 60 minutos desde o início do ensaio. Nos provetes ensaiados a segunda condição, nunca foi verificada. Por outro lado, uma vez que para alguns provetes sujeitos a fluxos de calor mais reduzidos, como a propensão para a ignição era mais reduzida, decidiu-se estabelecer um limite de 2500 segundos (aproximadamente 42 minutos) para o mesmo. Deste modo, a terceira condição também deixou de ser válida. Os parâmetros de reacção ao fogo estudados foram a taxa de libertação de calor (HRR), o calor efectivo de combustão (EHC), a área específica de extinção (SEA), a massa remanescente e a libertação de monóxido de carbono e dióxido de carbono (CO e CO 2 ). Assim, para todos os provetes, foi determinado o valor máximo (Max) e o valor médio durante a totalidade do tempo de ensaio (Med total ) dos parâmetros de reacção ao fogo. Adicionalmente, determinou-se o valor médio dos parâmetros de reacção ao fogo, respectivo aos 180 segundos que sucederam o instante correspondente ao valor máximo atingido pela taxa de libertação de calor (Med 180 ). A justificação da utilização deste cálculo prende-se com o estudo realizado pelo National Institute of Standarts and Technology, que permite prever o valor máximo da taxa de libertação de calor (VMTLC) num fogo real, através do conhecimento do Med 180 da taxa de libertação de calor. Por outro lado, a consideração dos 180 segundos mostra-se coerente estatística e fisicamente, uma vez que, numa situação de incêndio num determinado compartimento, o VMTLC não é atingido por todos os elementos do compartimento no mesmo intervalo de tempo (Babrauskas e Peacock, 1992). 87

106 Capítulo 3 - Campanha experimental Concluída a sua exposição, os provetes foram colocados em ambiente de laboratório de forma a arrefecerem, sendo posteriormente medida a sua perda de massa. Finalmente, para cada provete, procedeu-se a uma observação visual cuidada e efectuou-se um registo fotográfico da mesma. 88

107 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 4. Apresentação e análise de resultados 4.1. Introdução Este capítulo tem como objectivo a descrição e análise dos resultados que foram obtidos ao longo da campanha experimental, estando dividido em quatro partes. Na primeira parte, são apresentados e analisados os resultados referentes às propriedades de todos os agregados utilizados na campanha, bem como a comparação entre os diversos valores obtidos. Na segunda parte, procede-se à apresentação das propriedades dos agregados reciclados de borracha (AB), segundo os dados fornecidos pela empresa responsável pela sua disponibilização. Na terceira e quarta partes, caracterizam-se as propriedades do betão, tanto no estado fresco como no estado endurecido, sendo que neste último foram analisadas as propriedades relativas à resistência e à reacção ao fogo. Ao longo deste capítulo, procurou-se, sempre que possível, comparar os valores obtidos na presente campanha com os valores recolhidos em estudos semelhantes Propriedades dos agregados Na presente dissertação, realizaram-se vários ensaios com o objectivo de caracterizar os agregados naturais (AN) e os AB, utilizados na produção de betões. Este subcapítulo incide sobre os resultados obtidos nos seguintes ensaios: análise granulométrica, massa volúmica e absorção de água, baridade e volume de vazios e índice de forma Análise granulométrica O ensaio da análise granulométrica foi realizado segundo a norma NP EN (2000). Com o intuito de minimizar os erros inerentes ao ensaio, para cada tipo de agregado, foram ensaiadas três amostras, sendo o resultado final obtido através da média simples dos valores de cada amostra. Apenas se ensaiaram os agregados naturais (AN), uma vez que a empresa BIOSAFE, responsável pelo fornecimento dos agregados reciclados de borracha (AB), disponibilizou os dados relativos à granulometria dos mesmos, não justificando, portanto a realização do ensaio (Anexo A). Os resultados dos ensaios, bem como as curvas granulométricas dos agregados estão apresentados no Quadro 4.1 e na Figura 4.1, respectivamente. 89

108 Material passado (%) FINOS GROSSOS Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Malha do peneiro (mm) Quadro Resultados do ensaio de análise granulométrica Valor médio passado acumulado % Brita 2 Brita 1 Bago de arroz Areia grossa Areia fina ,0% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0% 31,5 100,0% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0% 22,4 91,9% 100,0% 100,0% 100,0% 100,0% 16 56,0% 98,5% 100,0% 100,0% 100,0% 11,2 20,0% 76,3% 100,0% 100,0% 100,0% 8 7,1% 30,3% 99,9% 100,0% 100,0% 5,6 0,6% 5,0% 80,7% 99,4% 100,0% 4 0,1% 1,2% 40,7% 97,2% 99,8% 2 0,1% 0,1% 5,7% 86,0% 99,3% 1 0,1% 0,0% 0,4% 56,3% 97,5% 0,5 0,1% 0,0% 0,1% 23,8% 81,4% 0,25 0,1% 0,0% 0,0% 7,0% 26,1% 0,125 0,1% 0,0% 0,0% 0,5% 0,9% 0,0625 0,1% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% Módulo de finura (f) 7,36 6,7 5,53 3,29 1,95 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% Brita 2 30% 20% 10% 0% 0,0625 0,125 0,250 0,500 1,0 2,0 4,0 5,6 8,0 Areia Grossa Areia Fina Brita 1 Bago de arroz 11,2 16,0 22,4 31,5 Peneiros da NP EN 933 (mm) Figura Curvas granulométricas dos agregados Massa volúmica e absorção de água A determinação da massa volúmica e da absorção de água foi baseada na norma NP EN (2003), tendo em conta a adequação das metodologias ao tipo de agregado a ensaiar (grossos ou finos), tal como 90

109 Absorção de água (%) Massa volúmica (kg/dm 3 ) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha preconizado na referida norma. Este ensaio permitiu determinar três tipos de massa volúmica (massa volúmica impermeável ( a ), massa volúmica de partículas secas em estufa ( rd ) e massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca ( ssd )) e ainda a absorção de água (WA 24 ). Para o efeito, foram utilizadas três amostras, com o objectivo de minimizar os erros inerentes ao ensaio, sendo os resultados finais obtidos através da média simples dos valores de cada amostra. No que respeita aos agregados reciclados de borracha (AB), efectuou-se o ensaio a uma fracção granulométrica (4,0 a 7,0 mm), uma vez que a origem de todas as fracções é a mesma. Os resultados do ensaio de massa volúmica e absorção de água encontram-se apresentados no Quadro 4.2 e representados graficamente nas Figura 4.2 efigura 4.3. Os resultados relativos a cada amostra encontramse disponíveis no Anexo B.1. Quadro Massas volúmicas e absorção de água dos vários agregados Agregados Brita 2 Brita 1 Bago de arroz Areia Grossa Areia Fina r a (kg/dm 3 ) 2,72 2,74 2,74 2,63 2,59 1,15 r rd (kg/dm 3 ) 2,65 2,65 2,65 2,62 2,58 1,13 r ssd (kg/dm 3 ) 2,68 2,68 2,69 2,63 2,58 1,14 WA 24 0,98% 1,27% 1,19% 0,05% 0,09% 1,75% AB 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Massa volúmica impermeável Massa volúmica seca Massa volúmica saturada com superfície seca 0,00 Brita 2 Brita 1 Brita 0,5 Areia grossa Areia fina AB Figura Massa volúmica dos agregados 2,00% 1,50% 1,00% 0,50% 0,00% Brita 2 Brita 1 Brita 0,5 Areia grossa Areia fina AB Figura Absorção de água dos agregados 91

110 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Observa-se que o valor da massa volúmica obtido para os AB é significativamente inferior ao valor da massa volúmica obtido para os AN, tal como seria expectável. Relativamente à absorção de água (Figura 4.3) observa-se que os agregados finos apresentam um valor relativamente reduzido quando comparados com os agregados grossos. Por outro lado, os AB apresentam um valor de absorção de água superior ao dos restantes agregados. O Quadro 4.3 compila os valores de massa volúmica de partículas secas em estufa obtidos por outros autores em estudos semelhantes. Pode observar-se no mesmo quadro que, a média destes valores corresponde a um valor semelhante ao valor obtido na presente campanha experimental, daí se inferindo que os resultados obtidos não diferem muito de outras investigações. No caso dos AB, as variações ocorridas podem ser explicadas pela diferente qualidade das borrachas utilizadas ou procedimentos experimentais inadequados, uma vez que existe uma dificuldade inerente à leitura da massa M1 (massa das partículas saturadas com superfície seca) da borracha. A razão para tal está na própria metodologia da norma NP EN (2003), que se torna subjectiva e de difícil aplicação no caso dos AB, uma vez que, para a leitura da massa M1, a amostra não deverá conter partículas de água e, ao mesmo tempo, não deverá deixar de apresentar o seu aspecto húmido, o que se torna muito difícil de avaliar com o granulado de borracha. Quadro Comparação entre a massa volúmica dos agregados da presente dissertação e de estudos anteriores Referências/autores Massa volúmica (kg/dm 3 ) Areia Brita Borracha ALI (1993) - - 1,08 ELDIN (1993) - - 0,88 ROSTAMI (1993) - - 0,8 TOPCU (1995) - - 0,65 TOUTANJI (1996) - - 0,61 BAYOMY (1999) - - 1,12 SEGRE (1999) - - 1,11 AKASAKI (2004) 2,65-1,09 BIEL* (2004) - - 1,16 CAIRNS (2004) 2,8 2,69 1,14 GESOGLU (2004) 2,62 2,7 0,83 AKASAKI (2005) 2,64 2,84 1,09 MARQUES (2005) 2,62 2,84 1,09 MARTINS (2005) 2,65 2,84 1,15 PAPAKONSTANTINOU (2006) 2,7 2,65 - MARTINS (2007) 2,56 2,89 - KHALOO (2008) 2,56 2,89 - GARROS (2008) 2,62 2,66 1,3 VALADARES e BRAVO (2009) 2,51 2,52 1,01 Média ± Desvio padrão 2,63 ± 0,07 2,75 ± 0,12 1,01 ± 0,19 Presente estudo 2,60 2,60 1,14 * adaptado de VALADARES (2009) 92

111 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha No Quadro 4.4, pode-se observar a comparação dos valores obtidos para a percentagem de absorção de água na presente dissertação com os valores obtidos por outros autores em estudos semelhantes. Através da análise do quadro, pode-se observar a discrepância entre os diversos autores relativamente aos valores de absorção de água dos AB, já que Barluenga (2002) e Dehestani (2008) atribuem valores na ordem de 25 e 50%, respectivamente, enquanto que para os restantes autores a média dos valores se situa em 1,4%. Na presente dissertação, obtiveram-se valores de absorção de água de 1,75% para os AB, correspondendo a uma absorção de água ligeiramente superior à dos AN. A justificação no que respeita à massa volúmica, também é válida aqui, já que os resultados obtidos para os AB não estão de acordo com as suas propriedades hidrófobas, que conduziriam a valores nulos ou muito próximos de zero. Quadro Comparação entre a absorção de água dos agregados da presente dissertação e de estudos anteriores Absorção de água dos diversos tipos de agregados (%) Referências/autores Areia Brita Borracha BARLUENGA (2002) GARROS (2006) 1,9 1,1 Insignificante SUKONTASUKKUL (2006) - - 1,70 e 1,01 (fina e grossa) KHALOO (2008) 5,01 2,66 49,56 SUKONTASUKKUL (2008) - - 1,05 VALADARES e BRAVO (2009) 0,52 1,15 1,78 Média ± Desvio padrão 2,5 ± 2,29 1,6 ± 0,89 1,11 ± 0,71 Presente estudo 0,1 1,15 1, Baridade e volume de vazios A baridade (massa volúmica aparente) e o volume de vazios foram determinados segundo a norma NP EN (2000), como descrito no subcapítulo Este ensaio teve como objectivo o estabelecimento de uma relação entre a massa e o volume dos agregados. Os resultados referentes aos AN e aos AB são apresentados no Quadro 4.5 e Quadro 4.6, respectivamente. Os valores dos cálculos intermédios, referentes ao ensaio em questão, são apresentados no Anexo B.2. Como era expectável, e tal como observado no que diz respeito à massa volúmica, também a baridade dos AB é bastante inferior à determinada para os AN. Por outro lado, verifica-se que a percentagem de vazios dos AB é superior à dos AN. Quadro Baridade e percentagem de vazios dos agregados naturais Agregados Brita 2 Brita 1 Bago de arroz Areia grossa Areia fina Baridade (kg/dm 3 ) 1,43 1,42 1,44 1,54 1,50 Percentagem de vazios (%) 46,2% 46,2% 45,8% 41,2% 41,8% Quadro Baridade e percentagem de vazios do granulado de borracha (GB) Agregados GB 7-9,5 GB 4-7 GB 2,5-4 GB 0,8-2,5 GB 0-0,8 Baridade (kg/dm 3 ) 0,50 0,49 0,45 0,42 0,39 93

112 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Percentagem de vazios (%) 55,8% 56,4% 60,4% 62,3% 65,7% O Quadro 4.7 permite verificar que os valores de baridade obtidos no presente estudo estão muito próximos da média dos valores obtidos pelos diversos investigadores. Quadro Comparação entre a baridade dos agregados da presente dissertação e de estudos anteriores Referências/autores Baridade (kg/dm 3 ) Areia Brita Borracha AKASAKI (2004) 1,48-0,35 AKASAKI (2005) 1,58 1,54 0,35 MARQUES (2005) 1,48 1,54 0,35 MARTINS (2005) 1,58 1,5 0,32 MARTINS (2007) 1,37 1,38 0,47 KHALOO (2008) 1,72 1,7 1,15 VALADARES e BRAVO (2009) 1,48 1,43 0,45 Média ± Desvio padrão 1,53 ± 0,12 1,52 ± 0,12 0,49 ± 0,29 Presente estudo 1,52 1,43 0, Desgaste de Los Angeles O ensaio de desgaste de Los Angeles foi realizado segundo a metodologia e princípios constantes da especificação LNEC E-237 (1970), tal como descrito no subcapítulo Por indicação expressa na especificação referida, este ensaio apenas foi realizado para os agregados grossos naturais (AGN). O ensaio não foi realizado para os agregados grossos de borracha (AGB), já que o seu valor iria ser nulo, tal como Valadares e Bravo (2009) determinaram. Os valores obtidos neste ensaio são apresentados no Quadro 4.8, enquanto que os valores intermédios podem ser consultados no Anexo B.3. Como se pode observar no referido quadro, verificou-se um desgaste abrasivo superior a 30% para todos os agregados, e inferior a 40%, respeitando o limite máximo imposto pela referida especificação (50%). Quadro Resultados do ensaio de desgaste de Los Angeles Agregados Brita 2 Brita 1 Bago de arroz P LA (%) 31,92 30,84 34, Índice de forma O ensaio de determinação do índice de forma foi realizado de acordo com a metodologia e princípios estipulados pela norma NP EN (2002), tal como descrito no subcapítulo A norma referida preconiza que o ensaio deve realizar-se para os agregados grossos, apenas. Assim, o ensaio de índice de forma não foi efectuado para as areias, fina e grossa. Este ensaio teve como objectivo a caracterização da forma das partículas constituintes dos agregados grossos, partindo do princípio de que a forma mais ou menos alongada das partículas dos agregados tem influência no seu arranjo e disposição no betão, com consequências ao nível da consistência e compacidade do betão no estado fresco e endurecido, respectivamente. 94

113 Índice de forma (%) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Os resultados deste ensaio estão apresentados no Quadro 4.9 e representados graficamente na Figura 4.4, sendo que os valores dos cálculos intermédios estão disponíveis no Anexo B.4. A análise da figura mostra que os índices de forma da brita 1 e do bago de arroz são bastante próximos e superiores ao índice de forma da brita 2. Os agregados de borracha apresentam um índice de forma mais elevado na granulometria 4-7 mm relativamente à granulometria 7-9,5 mm. Assim, conclui-se que a brita 2 e o granulado de borracha 7-9,5 mm possuem, relativamente às restantes granulometrias, uma morfologia menos angulosa. Quadro Resultados do ensaio do índice de forma dos diversos agregados grossos Agregados Brita 2 Brita 1 Bago de arroz GB 7-9,5 GB 4-7 SI (%) 10,2% 17,9% 18,6% 7,6% 15,2% 20,0% 18,0% 16,0% 14,0% 12,0% 10,0% 8,0% 6,0% 4,0% 2,0% 0,0% Brita 2 Brita 1 Brita 0,5 GB 7-9,5 GB 4-7 Figura Índice de forma dos diversos agregados grossos 4.3. Propriedades específicas dos agregados de borracha Para além das propriedades dos AP anteriormente estudadas, existem outras propriedades específicas cujos dados foram disponibilizados pela empresa responsável pelo fornecimento dos AP. Assim, destacam-se as seguintes características fornecidas pela empresa BIOSAFE: borracha 100% vulcanizada; composição: polímeros (40 a 55%), negro de fumo (20 a 25%) e aditivos; densidade aparente entre 0,6 e 0,7; dureza entre 50 e 60 Shore A; temperaturas de ignição e de combustão próximas de 250 ºC; elevada elasticidade; elevada superfície específica; elevada rugosidade; elevada resistência à abrasão; 95

114 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados humidade até 2% (percentagem em peso); partículas de aço e de fibra têxtil até 0,1% (percentagem em peso) Propriedades do betão fresco Neste subcapítulo, procede-se à análise dos valores obtidos para as propriedades dos betões no estado fresco, tais como a trabalhabilidade e a massa volúmica Trabalhabilidade A trabalhabilidade dos betões no estado fresco, foi determinada através do ensaio de abaixamento do cone de Abrams, seguindo os principios de ensaio e a metodologia estipulados pela norma NP EN (2002), conforme descrito no subcapítulo Este ensaio permitiu avaliar a consistência do betão no estado fresco, sendo estabelecido, nesta investigação, um abaixamento de 125 ± 10 mm. Este foi um dos parâmetros que se optou por fixar durante a campanha experimental, de modo a verificar a manutenção da relação água / cimento efectiva em todas as amassaduras produzidas (BR, B5FG, B10FG e B15FG). O plano de betonagens foi efectuado procurando produzir a totalidade dos provetes de cada composição de betão no próprio dia, de forma a mitigar os erros inerentes ao processo de betonagem, já mencionados no subcapítulo Assim, definiu-se um número de 3 betonagens por dia, suficientes para produzir a quantidade correspondente a cada família de betão. Os resultados respectivos à segunda fase (betonagens definitivas) são apresentados no Quadro 4.10 e representados graficamente na Figura 4.5. Os abaixamentos médios respectivos às diversas composições estão dentro do intervalo pré-estabelecido (125 ± 10 mm). Este objectivo foi conseguido sem ter havido necessidade de alteração da relação a/c, o que está de acordo com as conclusões retiradas pelos autores Li (2004) e Khaloo (2008), tal como foi referido no subcapítulo Quadro Resultados do ensaio de abaixamento Abaixamento médio (mm) Tipo de betão 1ª betonagem 2ª betonagem 3ª betonagem Média ± Desvio Padrão BR ,7 ± 2,1 B5FG ,7 ± 3,1 B10FG ,0 ± 4,6 B15FG ,3 ± 1,2 96

115 Abaixamento (mm) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha BR B5FG B10FG B15FG BR B5FG B10FG B15FG Figura Abaixamento do cone de Abrams Massa volúmica O ensaio de determinação da massa volúmica foi realizado de acordo com a metodologia e princípios estabelecidos pela norma NP EN (2002), como descrito no subcapítulo Este ensaio permite avaliar a compacidade do betão no seu estado fresco e, consequentemente, retirar conclusões sobre a sua porosidade no estado endurecido. Os resultados obtidos para o ensaio de massa volúmica são apresentados no Quadro 4.11, onde foi determinado o valor médio da massa volúmica, o respectivo desvio padrão (σ) e a variação registada face ao BR (D). Os valores respectivos aos cálculos intermédios encontram-se disponíveis no Anexo C.1. Na Figura 4.6, está representada graficamente a redução de massa volúmica em função da taxa de substituição de AN por AB, assim como os resultados obtidos pelos diversos autores referidos no ponto Quadro Massas volúmicas no estado fresco das diversas composições de betão Massa volúmica (kn/m 3 ) Tipo de betão 1.ª betonagem 2.ª betonagem 3.ª betonagem Média σ D (%) BR 23,756 23,784 23,752 23,8 0,02 0% B5FG 22,948 22,865 22,741 22,9 0,10 4% B10FG 22,012 22,348 22,376 22,2 0,20 6% B15FG 21,189 21,088 21,192 21,2 0,06 11% 97

116 Massa volúmica no estado fresco (kg/dm 3 ) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados y = -16,858x ,9 R² = 0,9892 Khaloo et al. (2005) Bravo e Valadares (2009) Presente estudo Taxa de substituição de AFN e AGN por AFB e AGB (% do volume total de agregados) Figura Massa volúmica no estado fresco em função da taxa de substituição de AN por AB Os valores observados permitem concluir que há um decréscimo de massa volúmica dos diversos betões com o aumento da taxa de incorporação de borracha. Esta redução pode ser explicada pela diferença de massas volúmicas entre os AN e os AB, já que os betões possuem curvas granulométricas e trabalhabilidades semelhantes. A Figura 4.6 mostra a concordância dos valores obtidos no presente estudo com os valores dos diversos investigadores citados. É de referir que os valores obtidos para a variação de massa volúmica das várias composições face ao BR (D) são bastante próximos dos obtidos na campanha promovida por Valadares e Bravo (2009). Na mesma figura, é possível ainda notar que os valores de massa volúmica do presente estudo apresentam uma tendência linear de decréscimo bastante pronunciada, o que é comprovado pelo elevado coeficiente de correlação (0,989) Simulação da acção de incêndio No presente subcapítulo, apresentam-se os resultados relativos aos ensaios de exposição térmica, nomeadamente o registo das temperaturas no forno e no interior dos provetes e a observação visual dos mesmos Registo das temperaturas no interior do forno e dos provetes Os provetes produzidos para os diferentes tipos de composição de betão foram submetidos a três tipos de exposições térmicas (400 ºC, 600 ºC e 800 ºC), durante 60 min. De forma a simplificar a notação, considerase T20 a temperatura de referência, isto é, a ausência de exposição térmica, tal como referido no ponto As evoluções das temperaturas no interior do forno dos referidos ensaios encontram-se representadas graficamente na Figura 4.7. A referida figura apresenta a evolução das temperaturas dos referentes a cada 98

117 Temperatura (ºC) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha tipo de exposição térmica, bem como a curva teórica padrão ISO 834 (ajustada para cada tipo de temperatura constante), conforme estabelecido no EC1. Refira-se que, relativamente ao 1º ensaio correspondente a T400, houve uma avaria no sistema de queimadores do forno, fazendo com que este ensaio tivesse de se subdividir em 3 fases. Esta avaria pode ter ocorrido devido à referida dificuldade do forno de ensaio em simular a curva de incêndio T400. Na primeira fase (F1), em que foram ensaiados os provetes cilíndricos, a exposição térmica teve a duração de 21 min, instante em que os queimadores se avariaram, e a partir do qual as temperaturas diminuíram. Foi então realizada uma segunda fase (F2), onde se procedeu a uma exposição com patamar de temperatura constante de 40,5 min (perfazendo os 61,5 da curva teórica). Uma vez que a fase de aquecimento foi semelhante nas duas fases, optou-se por agregar as duas curvas, de forma a obter uma curva correspondente à exposição de T400 (F1+F2). Por fim, numa terceira fase (F3), em que foram ensaiados apenas os provetes cúbicos, já não ocorreu qualquer problema, tendo o ensaio decorrido dentro da normalidade (F3) ISO 834 (400 ºC) ISO 834 (600 ºC) ISO 834 (800 ºC) Experimental T400 (1º Ensaio F1+F2) Experimental T400 (1º Ensaio F3) Experimental T400 (2º Ensaio) Experimental T600 (1º Ensaio) Experimental T600 (2º Ensaio) Experimental T800 (1º Ensaio) Experimental T800 (2º Ensaio) Tempo (min) Figura Curvas ISO 834 e evolução da temperatura das curvas experimentais T400, T600 e T800 (1º e 2º ensaios) Observando os registos de temperaturas em cada um dos ensaios, nota-se que, de um modo geral, as curvas experimentais revelaram uma boa aproximação das curvas teóricas preconizadas na norma ISO 834, à excepção de algumas oscilações pontuais, verificadas, por exemplo, nos picos iniciais para T400 em ambos os ensaios, em que as temperaturas atingiram valores na ordem de 480 ºC, por breves instantes. Por outro lado, verifica-se que a curva T600 referente ao 1º ensaio apresenta uma fase de arrefecimento diferente da referente ao 2º ensaio. Isto deve-se ao facto de, no 1º ensaio, se terem desligado inadvertidamente os queimadores 3 minutos antes do instante preconizado. Foram produzidos 12 provetes cúbicos com termopares no seu interior a três profundidades diferentes (75, 112,5 e 150 mm), de forma a perfazer 2 cubos por cada ensaio. A evolução das temperaturas interiores 99

118 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados ao longo do tempo, nos três níveis de profundidade e para cada tipo de exposição térmica, é representada graficamente nas Figura 4.8 a Figura Refira-se que, devido aos erros ocorridos durante o 1º ensaio relativo a T400, não foi possível obter, para esse ensaio, uma representação integral da evolução das temperaturas registadas pelos termopares. Por outro lado, alguns termopares revelaram falhas de leitura (registando temperaturas constantes), nomeadamente no provete B5FG (112,5 e 75 mm - T600 1º ensaio), no provete B10 FG (112,5 mm - T600 2º ensaio) e no provete BR (112,5 mm - T800 1º ensaio). Desta forma, os referidos registos não foram tidos em conta nas seguintes representações Tempo (min) BR 75 mm BR 112,5 mm BR 150 mm B5FG 75 mm B5FG 112,5 mm B5FG 150 mm desligaram-se os queimadores Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e B5FG para T400 (2º ensaio) BR 75 mm BR 112,5 mm BR 150 mm B5FG 150 mm Tempo (min) desligaram-se os queimadores Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e B5FG para T600 (1º ensaio) 100

119 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha BR 75 mm BR 112,5 mm BR 150 mm B10FG 75 mm B10FG 150 mm desligaram-se os queimadores Tempo (min) Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e do B10FG para T600 (2º ensaio) desligaram-se os queimadores Tempo (min) BR 75 mm BR 150 mm B10FG 75 mm B10FG 112,5 mm B10FG 150 mm Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e do B10FG para T800 (1º ensaio) desligaram-se os queimadores Tempo (min) BR 75 mm BR 112,5 mm BR 150 mm B15FG 75 mm B15FG 112,5 mm B15FG 150 mm Figura Evolução das temperaturas no interior do BR e do B15FG para T800 (2º ensaio) 101

120 Temperatura (ºC) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados A análise das figuras precedentes permite concluir que, nos instantes iniciais, a temperatura dos provetes aumentou gradualmente, tendo aumentado mais significativamente durante a fase de temperatura constante. Contudo, este aumento deu-se mais lentamente do que o aumento de temperatura no interior do forno. A partir do instante em que se desligaram os queimadores, as temperaturas continuaram a aumentar, embora de forma mais lenta, até atingirem um ponto máximo ao fim de um certo período de tempo, para posteriormente começarem a decrescer. Como era expectável, de uma maneira geral, até se desligarem os queimadores, as temperaturas à superfície foram superiores às temperaturas em zonas mais interiores. Para o ensaio correspondente à exposição térmica T800, é possível verificar que após atingido o máximo, ocorreu uma inversão desta tendência, ou seja, as temperaturas no interior passaram a apresentar valores ligeiramente superiores aos das temperaturas no exterior. De um modo geral, a evolução das temperaturas interiores em ambos os ensaios para cada tipo de exposição térmica (T400, T600 e T800) apresentam um andamento bastante similar. É possível observar, para o ensaio T400, o andamento irregular da curva de temperaturas à superfície do provete B5FG, que traduz o processo de ligar / desligar os queimadores que o sistema executa, com o intuito de manter a temperatura constante. As excepções e variações verificadas podem-se relacionar com as diferentes propriedades térmicas dos componentes do betão (agregado, pasta cimentícia e borracha), sendo que é impossível garantir que os termopares estejam em contacto sempre com o mesmo tipo de material. No entanto, apesar das diferentes propriedades termo-físicas entre os materiais (AN e AB), não é possível identificar diferenças significativas nas respostas térmicas dos diferentes provetes. As Figura 4.13 a Figura 4.20 representam graficamente o gradiente das temperaturas no interior dos provetes respeitantes a cada tipo de composição, em diferentes instantes temporais, para os vários tipos de exposição térmica , Tempo (min) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T400 (2º ensaio) 102

121 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha , Tempo (min) 100 Figura Evolução das temperaturas interiores do B5FG, para T400 (2º ensaio) Tempo (min) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T600 (2º ensaio) Tempo (min) Figura Evolução das temperaturas interiores do B10FG, para T600 (2º ensaio) 103

122 112, Temperatura (ºC) 112, Temperatura (ºC) TEmperatura (ºC) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Tempo (min) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T800 (1º ensaio) Tempo (min) Figura Evolução das temperaturas interiores do B10FG, para T800 (1º ensaio) Tempo (min) Figura Evolução das temperaturas interiores do BR, para T800 (2º ensaio) 104

123 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) 112, Temperatura (ºC) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Tempo (min) Figura 4.20 Evolução das temperaturas interiores do B15FG, para T800 (2º ensaio) Nas figuras anteriores, é possível observar a referida tendência de aumento de temperaturas do exterior para o interior numa primeira fase e do exterior para o interior numa segunda fase, já durante o período de arrefecimento. A fim de se poder inferir acerca do nível de degradação do material aquando da exposição térmica, apresentam-se nas Figura 4.21, Figura 4.22 e Figura 4.23 os valores de temperatura máxima registados, em função da profundidade, para cada tipo de exposição térmica e composição de betão BR B5FG ,5 150 Profundidade (mm) Figura Temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes composições, para T BR B5FG B10FG ,5 150 Profundidade (mm) Figura Temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes composições, para T

124 Temperatura (ºC) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados ,5 150 Profundidade (mm) BR B10FG B15FG Figura Temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes composições, para T800 A observação das referidas figuras demonstra que, para cada tipo de exposição térmica, os valores obtidos para as diferentes composições são, na sua maioria, bastante próximos. Para a exposição térmica T400, os valores máximos de temperatura variam entre 140 e 170 ºC, ao passo que, nas exposições T600 e T800, os intervalos de valores se situam respectivamente na ordem de ºC e ºC, sendo que, para este último intervalo, já é expectável uma substancial degradação das propriedades mecânicas do betão. Para a exposição térmica T400, o valor máximo observado é de 170 ºC (BR) para 75 mm de profundidade, sendo que às restantes profundidades as temperaturas máximas apresentam valores próximos. Neste tipo de exposição térmica, independentemente da profundidade, o provete B5FG apresenta temperaturas máximas mais reduzidas do que a do BR. Esta tendência também é válida na comparação dos pares de provetes B5FG / B10 FG e B10FG / B15FG referentes às exposições T600 e T800, respectivamente. Contudo, não se pode afirmar que haja uma relação entre a redução dos valores registados para as temperaturas máximas e o aumento da taxa de substituição, uma vez que, nas exposições térmicas T600 e T800, os provetes B10FG e B15FG apresentam temperaturas mais elevadas do que as restantes composições. Como tal, é possível concluir que a introdução da borracha, para as percentagens de substituição utilizadas no presente estudo, não teve influência significativa nas temperaturas máximas atingidas pelos materiais Observação visual dos provetes após a exposição térmica O forno de ensaio não está dotado de características que permitam a visualização dos provetes de ensaio durante o ensaio de exposição térmica. Assim, recorreu-se à observação do aspecto exterior e interior dos provetes após a exposição para a avaliação do efeito das temperaturas elevadas no betão. A Figura 4.24 ilustra o aspecto exterior dos provetes sujeitos às exposições térmicas T800 e T

125 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Figura Aspecto exterior dos provetes sujeitos à exposição térmica T800 (à esquerda) e T600 (à direita) Da observação da figura, constata-se que ocorreu fissuração generalizada dos provetes expostos à acção térmica, sendo que a dimensão das fissuras tende a aumentar para temperaturas de exposição mais elevadas (T800). Verificou-se também a alteração da cor dos provetes de betão, que apresentaram uma cor cinzenta mais clara, sobretudo para a temperatura de exposição de 800 ºC, o que é justificado pela perda de água livre no interior do betão e pela combustão completa da borracha. Constatou-se igualmente uma coloração superficial castanha / negra nos provetes relativos à exposição térmica T600, resultado da dispersão do negro de fumo 2 contido no granulado de borracha nas zonas superficiais dos provetes associada a uma combustão incompleta daquele material. No entanto, esse aspecto não foi visível nos provetes relativos à exposição T800, onde o negro de fumo sofreu uma decomposição mais acentuada, dissociando-se para determinadas zonas interiores do provete. Assim, os provetes relativos à exposição térmica T800 denotaram uma decomposição acentuada do granulado de borracha, não só a nível superficial mas também nas zonas interiores do provete, ao passo que para a exposição T600 essa decomposição foi parcial. Saliente-se ainda a ocorrência de destacamentos superficiais acompanhados por fissuração das camadas superficiais, sobretudo nos provetes cilíndricos expostos a temperaturas mais elevadas e com maior quantidade de borracha. Este fenómeno é justificado pela elevada pressão das partículas de água no interior do betão, pela decomposição do granulado de borracha (aumentando os vazios do betão e contribuindo desta forma para uma maior susceptibilidade para a ocorrência de fissuração) e pela expansão térmica dos AN, que resultam num aumento de tensões no interior do betão aquando da exposição a elevadas temperaturas. A observação interna dos provetes cilíndricos (mais representativos do estado de degradação do material) após o ensaio de tracção, como mostra a Figura 4.25, permite retirar as conclusões supra citadas. Os provetes relativos a T400 denotam uma decomposição reduzida do granulado de borracha, sendo que, para a exposição T800, essa decomposição é mais acentuada, resultando em núcleos de cor negra, resultado da dissociação do negro de fumo. Este aspecto é ainda mais pronunciado para as composições B10FG e B15FG, relativas a temperaturas de exposição de 600 e 800 ºC. Relativamente aos agregados naturais, verifica-se uma alteração cromática para tons rosa, principalmente para o nível de exposição T600. Tal como referido na bibliografia consultada, este fenómeno era expectável 2 Também designado por carbon black, que representa cerca de 20 a 25 da constituição da borracha de pneu e cuja função é aumentar a resistência da borracha e conferir a pigmentação negra. 107

126 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados para os agregados de origem calcária com temperaturas interiores compreendidas entre ºC, sendo que, para temperaturas interiores superiores a esse intervalo (correspondentes ao nível de exposição T800), essa alteração tende a desaparecer (Bessey, 1950). Assim, de um modo geral, pode-se afirmar que as maiores diferenças em termos de aspecto e cor dos provetes com exposição térmica se observam para temperaturas de exposição mais elevadas (600 e 800 ºC). (a) BR - T400 (d) B5FG - T400 (b) BR - T600 (e) B5FG - T600 (c) BR - T800 (f) B5FG - T800 (g) B10FG - T400 (h) B10FG - T600 (i) B10FG - T800 (j) (k) B15FG - T600 (l) B15FG - T800 B15FG - T400 Figura Aspecto interior dos diversos provetes sujeitos às diferentes exposições térmicas 108

127 f cm 28 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 4.6. Propriedades do betão no estado endurecido Neste subcapítulo, são apresentados os resultados relativos aos ensaios de caracterização mecânica (resistência à compressão e resistência à tracção por compressão diametral) antes e após serem sujeitos às diferentes exposições térmicas Resistência à compressão O ensaio de resistência à compressão foi realizado em conformidade com a metodologia estipulada pela norma NP EN (2003), como descrito no ponto O objectivo principal deste ensaio foi a determinação da capacidade resistente dos diferentes betões sob tensão uniforme de compressão, antes e depois de serem sujeitos à exposição térmica. Os resultados referentes às diversas composições de betão, para a idade de 28 dias, encontram-se no Quadro Este apresenta a resistência à compressão média aos 28 dias (f cm 28 ), o desvio padrão (σ), bem como a variação relativa face ao BR (D). Os valores individuais de cada provete de ensaio e os cálculos intermédios estão disponíveis no Anexo D.1. Quadro Resistência à compressão aos 28 dias, sem exposição térmica (à temperatura ambiente) f cm 28 (MPa) σ ( Pa) D BR 38,076 1,249 - B5FG 28,028 1,592-26% B10FG 22,596 0,803-41% B15FG 17,002 0,857-55% Constata-se que os valores médios de resistência à compressão apresentam um decréscimo linear nos betões com AB (aproximadamente -15% entre cada composição), sendo que a redução do BR para o B5FG (-26%) é maior do que nas restantes composições. Observando o valor médio de resistência do BR aos 28 dias (38,08 MPa), confirma-se que o mesmo corresponde a uma classe de resistência C 25/30, tal como tinha sido definido no ponto 3.3. Na Figura 4.26, é feita uma comparação dos resultados obtidos na presente campanha com resultados de estudos de outros autores. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = -3,6063x + 0,9645 R² = 0,9748 Presente estudo - a/c=0,55 Valadares (2009) Guneyisi (2004) - a/c=0,4 Guneyisi (2004) - a/c=0,6 Khatib (1999) Linear (Presente estudo - a/c=0,55) 0% 5% 10% 15% 20% Taxa de substituição de AN por AB (finos+grossos) Figura Comparação da redução de resistência à compressão aos 28 dias obtida no presente estudo com os diversos autores 109

128 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Como se pode observar pela Figura 4.26, os resultados obtidos na presente campanha estão em concordância com dos restantes autores, já que é notada uma tendência semelhante de decréscimo de resistência à compressão com o aumento de taxa de substituição de AN por AB, que se torna praticamente linear a partir de 5% de taxa de substituição. Observa-se também que, nas campanhas de Valadares (2009) e de Guneyisi (2004), os valores de f cm 28 são superiores aos obtidos na presente campanha, o que é explicado pela menor relação a/c usada por estes autores (valores na ordem de 0,41, face ao valor de 0,55 utilizado na presente campanha), conduzindo assim a valores de resistência superiores. Os resultados obtidos para a idade de 115 dias (74 dias em câmara húmida + 41 dias em câmara seca, tal como descrito em ), relativos aos diferentes tipos de betão e respectivos níveis de exposição térmica (sem exposição - T20, T400, T600 e T800), são apresentados no Quadro 4.13 e representados graficamente na Figura Neste quadro é determinada a resistência média residual à compressão (f c ), o desvio padrão (σ), e a variação relativa face ao BR (D). Os valores individuais respeitantes a cada provete são apresentados no Anexo E.1. Os resultados apresentaram uma variação em alguns casos significativa, resultante do processo de exposição térmica. Assim, decidiu-se identificar todos os provetes com a sua posição respectiva, para se proceder à análise dos resultados tendo em conta este factor. Como tal, na determinação da resistência residual média para a temperatura de exposição de 800 ºC, detectou-se que uma determinada posição (3.2 / 2.2) correspondia a resistências bastante mais reduzidas do que as restantes, devido à sua proximidade e contacto directo com o queimador, associada ao efeito do ar quente. Assim, para esta temperatura, apenas se contabilizaram os valores de resistência de 4 provetes para cada tipo de betão. Observando os resultados obtidos, constata-se que, para cada tipo de exposição térmica, há um decréscimo de resistência residual de compressão das várias composições face ao BR. Esse decréscimo é semelhante para as diferentes composições tanto para a ausência de exposição térmica, como para as exposições T400 e T600. Esta observação leva a crer que, para as temperaturas de exposição de 400 ºC e 600 ºC, o efeito da introdução da borracha não induz numa perda adicional de resistência significativa relativamente àquela que se verifica em provetes não sujeitos a exposição térmica. Para a exposição T800, ocorre uma redução de resistência residual de compressão mais acentuada, chegando a atingir o valor máximo de redução de 70% face ao BR para a composição B15FG. Quadro Tensões residuais de compressão (aos 115 dias) em função dos tipos de exposição térmica T20 T400 f c (MPa) σ ( Pa) D f c (MPa) σ ( Pa) D BR 48,658 0,929 - BR 39,474 2,405 - B5FG 37,000 1,394-24% B5FG 30,701 1,479-22% B10FG 29,306 2,937-40% B10FG 25,108 1,176-36% B15FG 22,003 0,846-55% B15FG 17,711 1,913-55% T600 T800 f c (MPa) σ ( Pa) D f c (MPa) σ ( Pa) D BR 38,634 2,036 - BR 24,033 3,198 - B5FG 29,037 2,454-25% B5FG 15,066 3,273-37% B10FG 22,958 4,062-41% B10FG 10,729 2,387-55% B15FG 15,869 3,018-59% B15FG 7,322 1,397-70% 110

129 Tensões residuais de compressão (MPa) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha T20 T400 T600 T BR B5FG B10FG B15FG Figura Resistência residual à compressão No Quadro 4.14, estão apresentados os valores da relação entre a resistência residual à compressão (f T c ), para cada temperatura de exposição, e a resistência à compressão de referência (f 20 c ), para a temperatura de 20 ºC, dos diferentes tipos de betões. Na Figura 4.28, os referidos valores encontram-se representados graficamente. O andamento das curvas das diferentes composições permite concluir que até temperaturas de 600 ºC, há um decréscimo reduzido de resistência à compressão residual. Esta tendência está relacionada com o efeito do gradiente térmico imposto aos provetes, já que nos níveis de exposição T400 e T600, as temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes profundidades são inferiores ao intervalo crítico (entre 300 e 400 ºC) onde, segundo Brito et al. (1986), se considera que começa a existir perdas acentuadas de resistência do betão. Para o nível de exposição T400, observa-se que a perda de desempenho é semelhante para todas as composições. Para o nível de exposição T600, ocorre a mesma tendência, exceptuando o caso da composição B15FG, que começa a evidenciar uma perda mais acentuada de resistência. No que refere ao nível de exposição T800, verifica-se que, para todas as composições com borracha, a perda de desempenho é mais elevada do que a verificada em BR, sendo que a mesma aumenta com a taxa de substituição de borracha. O nível de exposição T800 apresenta não só uma temperatura mais elevada, como também um período de exposição superior aos restantes níveis. Como as temperaturas interiores máximas registadas para o nível de exposição T800 foram superiores a 500 ºC, independentemente da profundidade, o decréscimo acentuado da resistência residual de compressão é explicado não só pelo efeito do gradiente térmico, mas também pela temperatura atingida pelo material. Para T800, acresce o facto de o comportamento da borracha no interior do betão se assemelhar cada vez mais a um vazio, já que para aquela temperatura a borracha apresenta um elevado grau de decomposição. 111

130 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Quadro Relação entre a resistência residual à compressão após cada exposição térmica (f c T ) com a resistência à compressão de referência (f c 20 ) f T 20 c /f c T BR B5FG B10FG B15FG 20 1,00 1,00 1,00 1, ,81 0,83 0,86 0, ,79 0,78 0,78 0, ,49 0,41 0,37 0,33 f c T /fc 20 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0, Temperatura (ºC) BR B5FG B10FG B15FG Polinomial (BR) Polinomial (B5FG) Polinomial (B10FG) Polinomial (B15FG) y = -7E-07x 2-3E-05x + 0,9912 R² = 0,9303 y = -1E-06x 2 + 0,0002x + 0,9859 R² = 0,944 y = -1E-06x 2 + 0,0004x + 0,9828 R² = 0,9574 y = -1E-06x 2 + 0,0001x + 0,9887 R² = 0,9659 Figura Redução da resistência residual à compressão dos vários tipos de betões em função da temperatura de exposição Tendo em conta as relações entre as resistências residuais à compressão e a temperatura de exposição, são sugeridas as seguintes expressões (Figura 4.28) para estimar a tensão residual de compressão relativa, em função da taxa de substituição de AN por AB. Para 0% de substituição de AN por AB: (4.1) Para 5% de substituição de AN por AB: (4.2) Para 10% de substituição de AN por AB: (4.3) Para 15% de substituição de AN por AB: (4.4) em que, f c T e f c 20 representam as resistências à compressão dos BAB para a temperatura de exposição T (ºC) e a temperatura de referência de 20 ºC, respectivamente. A Figura 4.29 representa graficamente a comparação entre os resultados (das 4 composições) obtidos no presente estudo, os valores obtidos pelos diversos autores referenciados na bibliografia consultada e ainda os valores de referência estipulados pelo Eurocódigo 2 - parte 1.2 (EC2 - parte 1.2, 2003). De notar que os 112

131 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha valores de referência do EC2 - parte 1.2 (2003) são válidos para betões de resistência corrente com incorporação de AGN de origem calcária (os mesmos da presente campanha) mas sem qualquer incorporação de agregados reciclados. Os valores dos restantes autores também dizem respeito a betões de resistência corrente, sem qualquer incorporação de agregados reciclados, sendo que Li (1993) especifica que produziu betões com agregados de origem calcária, efectuando os ensaios a altas temperaturas, contrariamente aos restantes autores que efectuaram ensaios após o arrefecimento dos provetes. Os autores Xu (2000) e Wendt (2006) os provetes foram aquecidos até à temperatura pretendida, sendo mantidos à mesma durante 1 hora, e posteriormente arrefecidos dentro do forno de ensaio. fc T /fc 20 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 EC2 - agregados calcários Li (1993) Xu (2000) Wendt (2006) Presente estudo - BR Presente estudo - B5FG Presente estudo - B10FG Presente estudo - B15FG Temperatura (ºC) Figura Comparação entre a redução de tensão residual de compressão do presente estudo, dos diversos autores citados e a curva proposta pelo EC2 A Figura 4.29 permite concluir que, apesar das diferenças referidas anteriormente, os valores de redução de resistência à compressão dos BAB estão em concordância com os valores obtidos pelos diversos autores. No caso dos resultados obtidos por Xu (2000), que efectuou igualmente um arrefecimento no forno, observase que o decréscimo de tensões residuais de compressão é mais acentuado a partir de temperaturas de 600 ºC, tal como observado na presente campanha. Por outro lado, os resultados da presente campanha situam-se, geralmente, acima da curva estabelecida pelo EC2. Este último aspecto prende-se com o facto de a temperatura a que se referem as curvas do presente estudo corresponder à temperatura do forno que, como se explicou, é de um modo geral consideravelmente superior à registada no interior do provete. Contudo, observa-se que para temperaturas inferiores a 400 ºC, os resultados da presente campanha são ligeiramente mais reduzidos do que os propostos pelo EC2. Este aspecto poderá ser justificado pela ausência de ensaios para a referida gama de temperaturas ( ºC), sendo que a curva do EC2 apresenta um patamar de decréscimo nulo para temperaturas inferiores a 100 ºC. De forma a se poder estabelecer uma comparação mais coerente com a curva do EC2, na Figura 4.30, apresentam-se as referidas curvas de redução de resistência residual à compressão das diversas composições 113

132 fct/fc20 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados em função da temperatura de exposição (Tforno) e em função da temperatura interior máxima (Tmax) atingida nos provetes às diferentes profundidades (em média). 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 EC2 - agregados calcários BR(Tforno) BR (Tmax) B5FG (Tforno) B5FG (Tmax) B10FG (Tforno) B10FG (Tmax) B15FG (Tforno) B15FG (Tmax) Xu (2000) Bazant e Kaplan (2006) - Limite inf EC2 Bazant e Kaplan (2006) - Limite sup EC Temperatura (ºC) Figura Redução da resistência residual à compressão das diversas composições em função da temperatura no forno (T forno ) e no interior dos provetes (T max ), e curva proposta pelo EC2 Observa-se, deste modo, que as curvas de redução de resistência residual à compressão obtidas para as diversas composições apresentam valores, para a generalidade das temperaturas, ligeiramente inferiores aos da curva proposta pelo EC2, situando-se contudo, dentro dos limites (inferior e superior) definidos pelos autores Bazant e Kaplan (2006) para a curva do EC2 (que se basearam em diversos estudos experimentais para determinar um limite inferior e superior para a curva do EC2) Resistência à tracção por compressão diametral O ensaio de resistência à tracção por compressão diametral foi realizado em conformidade com a metodologia estipulada pela norma NP EN (2003), tal como descrito no ponto O objectivo principal deste ensaio foi a determinação da capacidade resistente dos diferentes betões à tracção, depois de serem sujeitos à exposição térmica. Uma vez que na campanha experimental, por lapso, não foram produzidos provetes cilíndricos para o nível de exposição térmica T20, foi necessário recorrer a uma estimativa do valor da resistência à tracção médio aos 115 dias (f ctm, 115 *), para se poderem estabelecer comparações com os restantes níveis térmicos Estimativa de resistência à tracção por compressão diametral aos 115 dias (ausência de exposição térmica) De acordo com o Eurocódigo 2 - parte 1.1, a resistência à tracção média (f ctm ) pode ser obtida através da resistência à compressão média (f cm ), recorrendo à seguinte fórmula:, válida para classes de resistência C 50/60 (4.5) 114

133 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Esta fórmula é válida para betões de resistência corrente, sendo independente de diversos factores que influenciam a relação entre a resistência à tracção e resistência à compressão, tais como a idade dos provetes, a relação água / cimento, as diferentes condições de cura ou a taxa de substituição de agregados naturais por agregados reciclados. Para além dos factores supra mencionados, no ensaio de resistência à tracção por compressão diametral, é frequente verificar-se uma significativa variabilidade, inerente ao próprio ensaio e a esta propriedade mecânica. Tendo em conta este último facto, os valores de f cm, 115 determinados pelo Eurocódigo foram afectados por uma taxa de variabilidade respectiva ao ensaio de tracção (v t ). Esta taxa foi determinada com base nos resultados obtidos na campanha realizada por Valadares (2009), que ensaiou BAB com as mesmas taxas de substituição do presente estudo. No Quadro 4.15 pode-se observar os valores de resistência à compressão média aos 28 dias (f cm, 28 ) e à tracção média aos 28 dias (f ctm, 28 ) obtidos pelo referido autor. No mesmo quadro, estão apresentados os valores de f ctm, 28, respectivos à previsão pelo EC2, assim como a taxa de variabilidade (v t ), calculada a partir da relação entre f ctm,28 e f ctm, 28. Quadro Determinação da taxa de variabilidade relativa ao ensaio de resistência à tracção Valadares (2009) BR B5FG B10FG B15FG f cm, 28 55,5 46,8 37,4 29,7 f ctm, 28 3,4 2,4 2,5 1,9 f ctm, 28 3,9 3,4 2,9 2,3 v t 14% 30% 13% 19% v t média 19% Uma vez que a taxa de variabilidade média (v t média ) tem em conta exclusivamente as variações que ocorrem no ensaio de compressão diametral em função da previsão pelo EC2, assumiu-se simplificadamente, que esta se mantém constante para qualquer idade do betão. Assim, no presente estudo, com base nos valores de f cm, 115, foi possível efectuar uma estimativa para os valores de f ctm, 115 *, aplicando a taxa de variabilidade média (v t média ) aos valores previstos pelo EC2, tal como mostra o Quadro Quadro Estimativa dos valores de fctm no presente estudo Presente estudo BR B5FG B10FG B15FG f cm, ,66 37,00 29,31 22,00 f ctm, 115 3,55 2,83 2,31 1,74 f ctm, 115 * 2,88 2,30 1,87 1,42 Refira-se que, à data da redacção da presente dissertação, estão a ser preparados provetes cilíndricos que serão ensaiados aos 28 e 115 dias permitindo, deste modo, confirmar as estimativas agora efectuadas Resistência à tracção por compressão diametral após a exposição térmica Os resultados obtidos para a idade de 115 dias (74 dias em câmara húmida + 41 dias em câmara seca, tal como descrito em 3.7.1), relativos aos diferentes tipos de betão e respectivos níveis de exposição térmica (T400, T600 e T800) encontram-se apresentados no Quadro 4.17, e são representados graficamente na Figura 115

134 Resistência residual à tracção (MPa) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Neste quadro, foi determinada a resistência média residual à tracção por compressão diametral (f ct ), o desvio padrão (σ) bem como a variação relativa face ao BR (D). Os valores individuais respeitantes a cada provete são apresentados no Anexo E.2. Para os níveis T400 e T600, observa-se que as maiores reduções de resistência à tracção (por compressão diametral) entre cada composição são referentes às reduções verificadas entre BR e B5FG (para o nível de exposição T600), e entre B5FG e B10FG (para os níveis de exposição T400 e T600). O nível de exposição térmica T800 revela um decréscimo de resistência à tracção (por compressão diametral) mais acentuado entre o BR e o B5FG, ao passo que, para as restantes composições, os valores de redução de resistência à tracção face ao BR são semelhantes aos níveis de exposição T400 e T600. Os valores de desvio padrão obtidos são, em alguns casos, significativos, o que se justifica pela variabilidade intrínseca do ensaio de tracção por compressão diametral já referida. Quadro Tensões residuais de tracção das diversas composições e tipos de exposição térmica T20 T400 f ct * (MPa) D f ct (MPa) σ ( Pa) D BR 2,88-1,973 0,101 - B5FG 2,30-20% 1,832 0,307-7% B10FG 1,87-35% 1,286 0,236-35% B15FG 1,42-51% 1,008 0,045-49% T600 T800 f ct (MPa) σ ( Pa) D f ct (MPa) σ ( Pa) D BR 1,731 0,241-0,842 0,182 - B5FG 1,324 0,291-24% 0,439 0,042-48% B10FG 0,805 0,114-53% 0,361 0,103-57% B15FG 0,697 0,197-60% 0,307 0,134-64% * estimado de acordo com o exposto na secção ,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 T20* T400 T600 T800 0,50 0,00 BR B5FG B10FG B15FG Figura Resistência residual à tracção 116

135 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha No Quadro 4.18 estão apresentados os valores da relação entre a resistência residual à tracção por compressão diametral (f ct T ), para cada temperatura de exposição, e a resistência à tracção de referência (f ct 20 *), para a temperatura de 20 ºC (relativa à previsão explicitada em ), dos diferentes tipos de betões. Na Figura 4.32, os referidos valores encontram-se representados graficamente. Para o nível de exposição T400, observa-se que a perda de desempenho de resistência à tracção das diversas composições de BAB é igual à perda de desempenho do BR, exceptuando o caso de B5FG, que regista uma perda menos acentuada do que as restantes composições. A partir do nível de exposição T600, denota-se que há maiores perdas de resistência à tracção por compressão diametral das composições com borracha relativamente ao BR. A justificação para este facto encontra paralelismo com o referido aquando da resistência à compressão, ou seja, para temperaturas elevadas ocorre a decomposição da borracha, o que contribui para que esta apresente um comportamento semelhante a um vazio no interior do betão. Contudo, não é denotada uma relação entre esse decréscimo de tensão residual e o aumento de taxa de substituição de AN por AB: para o nível térmico T600, a composição B15FG evidencia menores perdas do que a composição B10FG e, para o nível térmico T800, as composições de BAB apresentam aproximadamente os mesmos valores de resistência residual à tracção. Este último resultado constitui uma diferença face ao verificado nos ensaios de resistência à compressão onde, aparentemente, a redução de resistência aumenta com a taxa de substituição, o que se poderá dever à diferente natureza daquelas propriedades mecânicas e, também, aos ensaios experimentais utilizados para as determinar. No ensaio de resistência à tracção, é solicitada essencialmente uma secção diametral do provete. Quadro Relação entre a resistência residual à tracção após cada exposição térmica (f ct T ) com a resistência à tracção de referência (f ct 20 *), por composição de betão f ct T /f ct 20 * T BR B5FG B10FG B15FG ,68 0,80 0,69 0, ,60 0,58 0,43 0, ,29 0,19 0,19 0,22 117

136 f ct T /fct 20 * Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Temperatura (ºC) BR B5FG B10FG B15FG Polinomial (BR) Polinomial (B5FG) Polinomial (B10FG) Polinomial (B15FG) y = -5E-07x 2-0,0005x + 1,0021 R² = 0,9753 y = -1E-06x 2 + 6E-05x + 0,9968 R² = 0,9984 y = -4E-07x 2-0,0007x + 1,0161 R² = 0,9985 y = -6E-07x 2-0,0005x + 1,0098 R² = 1 Figura Redução da tensão residual de tracção dos vários tipos de betão em função da temperatura de exposição Tendo em conta as relações entre as tensões residuais de tracção e a temperatura de exposição, são sugeridas as seguintes expressões para estimar os respectivos factores de redução, em função da temperatura de exposição (T) e da taxa de substituição de AN por AB. Para 0% de substituição de AN por AB: (4.6) Para 5% de substituição de AN por AB: (4.7) Para 10% de substituição de AN por AB: (4.8) Para 15% de substituição de AN por AB: (4.9) em que f T ct e f 20 ct representam as resistências à tracção por compressão diametral dos BAB para a temperatura de exposição T (ºC) e a temperatura de referência de 20 ºC, respectivamente. A Figura 4.33 representa graficamente a comparação entre os resultados (das 4 composições) obtidos no presente estudo, os valores obtidos pelos diversos autores referenciados na bibliografia consultada e ainda os valores de referência estipulados pelo Eurocódigo 2 - parte 1.2 (EC2 - parte 1.2, 2003). Tanto os valores respectivos aos diversos autores citados como os valores de referência do EC2 - parte 1.2 (2003) são válidos para betões de resistência corrente com incorporação de AGN de origem calcária (os mesmos da presente campanha) mas sem qualquer incorporação de agregados reciclados. No caso de Xie (1998), os provetes foram aquecidos à temperatura pretendida (permanecendo constante durante 0,2 h), sendo arrefecidos no forno e posteriormente ensaiados (após 90 dias). Zhang (2001) procedeu a um aquecimento semelhante, com um período de exposição a temperatura constante de 1 h, seguido de um arrefecimento ao ar livre. 118

137 f ct T /fct 20 * Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 EC2 Xie (1998) Zhang (2001) Presente estudo - BR Presente estudo - B5FG Presente estudo - B10FG Presente estudo - B15FG Temperatura (ºC) Figura Comparação entre a redução de tensão residual de tracção por compressão diametral do presente estudo, dos diversos autores citados e a curva proposta pelo EC2 A figura mostra que os valores de redução de resistência à tracção por compressão diametral dos BAB estão em concordância com os valores obtidos por Zhang (2001), que efectuou um aquecimento semelhante ao do presente estudo. Por outro lado, os valores obtidos no presente trabalho são superiores aos valores obtidos por Xie (1998) (que não especifica se as curvas são em função da temperatura do forno ou do interior dos provetes) e aos valores da curva estabelecida pelo EC2. Relativamente à curva do EC2, a justificação para a tendência observada deve-se essencialmente ao facto de a temperatura máxima no interior dos provetes ter sido significativamente inferior à do forno, para as diferentes exposições térmicas. À semelhança do que foi feito aquando da resistência à compressão, procurou-se estabelecer uma melhor comparação da curva proposta pelo EC2 com a curva de resistência residual à tracção por compressão diametral obtida no presente estudo. Assim, na Figura 4.34, apresentam-se as curvas de redução de resistência residual à tracção das diversas composições em função da temperatura de exposição (Tforno) e em função da temperatura interior máxima (Tmax) atingida nos provetes às diferentes profundidades (em média). 119

138 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados f ct T /fct 20 * 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 EC2 BR (Tforno) BR (Tmax) B5FG (Tforno) B5FG (Tmax) B10FG (Tforno) B10FG (Tmax) B15FG (Tforno) B15FG (Tmax) Temperatura (ºC) Figura Redução da resistência residual à tracção por compressão diametral das diversas composições em função da temperatura no forno (T forno ) e no interior dos provetes (T max ), e curva proposta pelo EC2 Deste modo, observa-se, que as curvas de redução de resistência residual à tracção por compressão diametral obtidas para as diversas composições se situam, para a generalidade das temperaturas, próximas das curvas propostas pelo EC Propriedades de reacção ao fogo Neste subcapítulo, são analisadas as principais propriedades de reacção ao fogo de BAB, determinadas através do ensaio de cone calorímetro, tal como descrito no ponto O ensaio no calorímetro de cone com diferentes fluxos de calor permitiu medir os seguintes parâmetros de reacção ao fogo: (i) tempo até à ignição; (ii) taxa de libertação de calor (HRR); (iii) perda de massa; (iv) calor efectivo de combustão (EHC); (v) área específica de extinção (SEA); e (vi) libertação de monóxido e dióxido de carbono (CO e CO 2, respectivamente) Observação visual e comportamento de reacção ao fogo Apresentam-se na Figura 4.35 as diferentes fases do ensaio de reacção ao fogo de um provete B10FG submetido a um fluxo de calor de 50 kw/m

139 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha (i) primeira fase (ii) segunda fase (iii) terceira fase (iv) quarta fase Figura Diferentes fases do comportamento de um provete de B10FG submetido a um fluxo de calor de 50 kw/m 2 As Figura 4.36, Figura 4.37 e Figura 4.38 mostram a evolução dos vários parâmetros de reacção ao fogo respectivos aos betões do tipo B5FG, B10FG e B15FG (respectivamente), ao longo do tempo, em função do fluxo de calor (HF) incidente (25, 50 e 75 kw/m 2 ). Optou-se por representar, neste caso, os dados relativos ao provete mais representativo (com valores intermédios) de cada tipo de composição. 121

140 Libertação de CO (kg/kg) Libertação de CO 2 (kg/kg) Calor efectivo de combustão (MJ/kg) Área específica de extinção (m 2 /kg) Taxa da libertação de calor (kw/m 2 ) Massa remanescente (%) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados HF=75 HF=50 HF=25 100% 98% 96% 94% 92% 90% HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (a) Taxa de libertação de calor (b) Massa HF=75 HF=50 HF= HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (c) Calor efectivo de combustão (d) Área específica de extinção 0,4 0,32 0,24 0,16 0,08 HF=75 HF=50 HF=25 3 2,5 2 1,5 1 0,5 HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (e) Libertação de CO (f) Libertação de CO 2 Figura Propriedades de reacção ao fogo de um betão B5FG em função do fluxo de calor incidente 122

141 Libertação de CO (kg/kg) Libertação de CO 2 (kg/kg) Calor efectivo de combustão (MJ/kg) Área específica de extinção (m 2 /kg) Taxa da libertação de calor (kw/m 2 ) Massa remanescente (%) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha HF=75 HF=50 HF=25 100% 99% 98% 97% 96% 95% 94% 93% 92% HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (a) Taxa de libertação de calor (b) Massa HF=75 HF=50 HF= HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (c) Calor efectivo de combustão (d) Área específica de extinção 0,4 0,32 0,24 0,16 0,08 HF=75 HF=50 HF=25 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 HF=75 HF=50 HF=25 0 0, Tempo (s) Tempo (s) (e) Libertação de CO (f) Libertação de CO 2 Figura Propriedades de reacção ao fogo de um betão B10FG em função do fluxo de calor incidente 123

142 Libertação de CO (kg/kg) Libertação de CO 2 (kg/kg) Calor efectivo de combustão (MJ/kg) Área específica de extinção (m 2 /kg) Taxa da libertação de calor (kw/m 2 ) Massa remanescente (%) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados HF=75 HF=50 HF=25 100% 99% 98% 97% 96% 95% 94% 93% 92% 91% 90% HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (a) Taxa de libertação de calor (b) Massa HF=75 HF=50 HF= HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (c) Calor efectivo de combustão (d) Área específica de extinção 0,4 3,0 0,32 0,24 0,16 0,08 0 HF=75 HF=50 HF=25 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 HF=75 HF=50 HF= Tempo (s) Tempo (s) (e) Libertação de CO (f) Libertação de CO 2 Figura Propriedades de reacção ao fogo de um betão B15FG em função do fluxo de calor incidente 124

143 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Numa primeira fase, cuja duração diminuiu com o aumento do fluxo de calor incidente, observou-se uma ligeira libertação de fumo, que foi tanto maior quanto maior a taxa de incorporação de borracha. A temperatura à superfície do material foi aumentando até que a concentração de gases voláteis fosse suficiente para que estes reagissem com os ignitores de chama e originassem assim a ignição. Este instante marcou o início da segunda fase. Na segunda fase, observou-se uma concentração de chamas em quase toda a superfície do provete, mais pronunciada em zonas com maior presença de borracha. A segunda fase correspondeu ao maior aumento da taxa de libertação de calor (ver subcapítulo 4.7.2), até esta atingir o seu pico. Durante esta fase, a produção de fumo e a libertação de gases tóxicos aumentaram consideravelmente. Por outro lado, denotou-se uma redução de massa do provete, que foi mais pronunciada nesta fase para as exposições a fluxos de calor mais elevados, tal como se explica no ponto Após atingir o pico de libertação de calor, e à medida que a quantidade de borracha não-inflamada ia diminuindo, as chamas começaram a diminuir de intensidade, correspondendo este instante ao início da terceira fase. Nesta fase, observou-se que a concentração de chamas era maior sobretudo nas zonas laterais, nos cantos e em zonas onde havia maior presença de borracha. Como tal, a taxa de libertação de calor, a produção de fumo e a libertação de dióxido de carbono sofreram uma redução significativa (como se refere em 4.7.2). Pelo contrário, ocorreu um aumento da libertação de monóxido de carbono, uma vez que a presença de oxigénio ia diminuindo consideravelmente, tornando a combustão cada vez mais incompleta. Por fim, denotou-se uma diminuição significativa das chamas, até à sua extinção, correspondendo este instante ao início da quarta fase, durante a qual não foram observados outros sinais de degradação. A taxa de libertação de calor, a produção de fumo e a libertação de dióxido de carbono não sofreram qualquer variação até ao final do ensaio. Na Figura 4.39, pode-se observar o aspecto da superfície superior de três provetes (A, B e C) de B10FG após a exposição térmica a 75, 50 e 25 kw/m 2, respectivamente. A - 75 kw/m 2 B - 50 kw/m 2 C- 25 kw/m 2 Figura Aspecto visual dos provetes B10FG (A, B e C) após exposição a um fluxo incidente de 75, 50 e 25 kw/m 2, respectivamente Para a exposição a 75 kw/m 2 (provete A), pode-se constar que, contrariamente ao provete da exposição a 50 kw/m 2 (provete B), ocorreu a fissuração do material. No entanto, não se pôde concluir se este facto se deveu ao maior fluxo de calor incidente, visto que para a exposição de 25 kw/m 2 (provete C), também ocorreu o mesmo fenómeno, embora muito menos pronunciado. 125

144 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados Verifica-se também que os provetes apresentaram uma coloração rosada, mais significativa no caso do provete A e de intensidade menor no caso do provete C. Nos provetes A e B, observa-se que a borracha apresenta um tom amarelado / esverdeado, muito provavelmente devido à presença de enxofre na sua constituição. Quanto ao provete C, denota-se que a borracha, apesar de se encontrar queimada, não apresenta qualquer variação cromática nos restantes constituintes. Assim, no mesmo provete encontram-se zonas em que a borracha formou uma frágil camada folhosa na superfície do provete, constituída pelo negro de fumo, facto possivelmente justificado pelo maior tempo de exposição do provete C. No Quadro 4.19, são compilados os dados relativos aos parâmetros medidos no ensaio de reacção ao fogo, onde foi calculada a média e o desvio padrão relativos aos diversos tipos de betão ensaiados. Assim, como referido no ponto , foi determinado, para cada provete e para cada fluxo de calor, o valor máximo (Max), o valor médio para a duração total do ensaio (Med total ) e o valor médio durante os 180 segundos que sucederam o instante correspondente ao valor máximo atingido pela taxa de libertação de calor (Med 180 ), sendo este último o valor utilizado para efeitos de comparação (já que o ensaio não teve uma duração constante para todas as composições). Nas Figura 4.40 e Figura 4.41, pode-se observar a representação gráfica dos valores calculados (Max e Med 180 ), com o intuito de se poderem estabelecer comparações entre os diversos tipos de betões. Relativamente aos valores apresentados no Quadro 4.19, a composição B5FG submetida ao fluxo de menor potência (25 kw/m 2 ), verificou-se que dois dos três provetes não sofreram ignição. No entanto, por uma questão de coerência, optou-se por considerar os valores desses provetes. Os resultados dos restantes provetes são apresentados no Anexo F. O Quadro 4.19 permite observar que certas propriedades apresentam desvios padrão bastante significativos. Este facto está intrinsicamente relacionado com a variabilidade da quantidade de AB contida nos provetes em cada composição. Uma vez que a preparação dos provetes para este ensaio pressupõe o corte a partir de um provete cúbico de maiores dimensões, torna-se difícil garantir uma uniformidade no que diz respeito à quantidade de AB existente e às zonas com maior ou menor concentração de borracha, o que explica a variabilidade de resultados observada. 126

145 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Quadro Propriedades de reacção ao fogo dos diversos tipos de betão, sujeitos aos diferentes tipos de fluxo de calor Material B5FG B10FG B15FG Fluxo de calor (kw/m 2 ) Média 25* Desvio Padrão Média Desvio Padrão Média Desvio Padrão Média Desvio Padrão Média Desvio Padrão Média Desvio Padrão Média Desvio Padrão Média Desvio Padrão Média Desvio Padrão Tempo até à ignição (s) HRR (kw/m 2 ) EHC (MJ/kg) SEA (m 2 /kg) CO (kg/kg) Max 13,07 11,39 23,14 1,33 51,92 28,60 22,13 10,76 52,49 6,02 61,55 5,00 75,68 6,48 105,36 17,89 86,18 63,53 Med total 4,78 4,73 6,92 3,62 23,31 13,63 5,61 2,15 15,44 1,82 21,18 2,80 20,35 2,50 37,98 11,63 35,50 27,58 Med ,24 9,85 16,60 4,74 37,97 22,26 17,93 8,70 34,20 4,38 31,29 9,34 64,69 5,32 68,31 17,24 54,67 37,36 Max 49,67 43,02 28,38 17,06 50,04 29,44 49,64 5,80 27,04 2,65 24,36 2,13 61,03 5,14 57,68 18,58 22,91 17,24 Med total 18,16 18,40 8,99 5,67 18,43 9,83 10,90 1,03 12,54 1,07 11,30 1,68 17,57 1,52 22,83 4,10 12,04 9,53 Med ,67 36,49 26,74 18,91 48,68 31,75 32,51 2,69 22,93 1,64 20,46 2,26 60,71 4,92 54,41 20,19 22,89 17,23 Max 1112,69 383,85 582,27 137,27 310,78 191,14 974,73 44,12 650,53 93,39 493,15 78,55 970,23 427,24 721,10 148,55 701,38 444,44 Med total 67,15 7,64 154,90 89,03 83,14 41,59 226,03 178,34 188,78 16,23 127,74 29,56 284,00 71,27 241,94 68,96 247,56 107,33 Med ,18 257,24 258,63 149,31 135,27 89,29 607,47 444,26 329,83 85,93 167,71 80,58 550,41 146,91 390,38 97,52 347,01 141,83 Max 0,1194 0,1069 0,0648 0,0955 0,0600 0,0111 0,1483 0,1122 0,2351 0,1047 0,0952 0,0176 0,1187 0,0421 0,2979 0,2697 0,0368 0,0367 Med total 0,0304 0,0238 0,0276 0,0428 0,0270 0,0076 0,0208 0,0105 0,0524 0,0155 0,0296 0,0061 0,0219 0,0077 0,0545 0,0578 0,0094 0,0081 Med 180 0,0904 0,0777 0,0563 0,0887 0,0464 0,0095 0,0518 0,0317 0,2172 0,1043 0,0755 0,0193 0,1082 0,0403 0,2588 0,2704 0,0268 0,0411 Max 0,7652 0,3134 0,5750 0,8320 1,1878 0,3057 1,8779 1,4491 2,3283 0,9192 2,0697 0,5767 2,1229 0,4130 2,4393 1,5283 0,8334 0,8088 CO 2 (kg/kg) Med total 0,2939 0,3354 0,2187 0,3241 0,3827 0,0681 0,2301 0,1573 0,8855 0,5092 0,9324 0,4296 0,6488 0,2155 0,8927 0,7117 0,3434 0,4460 Med 180 0,3676 0,4197 0,4584 0,7022 0,6719 0,1057 0,4494 0,6202 2,0155 1,1839 1,5266 0,6749 1,7755 0,7408 1,6274 1,7876 0,4740 0,6398 Massa remanescente (%) 97,2% 0,3% 95,9% 0,3% 95,0% 0,9% 95,0% 0,4% 94,9% 0,3% 94,1% 1,4% 94,2% 0,8% 93,5% 0,3% 93,6% 3,0% 127

146 Max EHC (MJ/kg) Med 180 EHC (MJ/kg) Tempo até à ignição (s) Massa remanescente (%) Max HRR (kw/m 2 ) Med 180 HRR (kw/m 2 ) Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados B5FG B10FG B15FG B5FG B10FG B15FG Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) (a) Taxa de libertação de calor máxima (b) Taxa de libertação de calor média B5FG B10FG B15FG 100% 98% 96% B5FG B10FG B15FG % % % Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) (c) Tempo até à ignição (d) Massa remanescente Série1 B10FG B15FG B5FG B10FG B15FG Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) (e) Calor efectivo de combustão máximo (f) Calor efectivo de combustão médio Figura Comparação das diversas propriedades de reacção ao fogo (Max e Med 180 ) 128

147 Max CO 2 (kg/kg) Med 180 CO 2 (kg/kg) Max CO (kg/kg) Med 180 CO (kg/kg) Max SEA (m 2 /kg) Med 180 SEA (m 2 /kg) Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha B5FG B10FG B15FG B5FG B10FG B15FG Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) (a) Área específica de extinção máxima (b) Área específica de extinção média 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 B5FG B10FG B15FG ,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 B5FG B10FG B15FG Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) (c) Libertação de CO máxima (d) Libertação de CO média 3,0 2,5 B5FG B10FG B15FG 2,5 2,0 B5FG B10FG B15FG 2,0 1,5 1,0 1,5 1,0 0,5 0,5 0, , Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) Fluxo de calor incidente (kw/m 2 ) (e) Libertação de CO 2 máxima (f) Libertação de CO 2 média Figura Comparação das diversas propriedades de reacção ao fogo (Max e Med 180 ) (continuação) 129

148 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados A análise ao conjunto de figuras mencionadas acima (Figura 4.36 a Figura 4.41permitiu retirar as seguintes conclusões: para qualquer tipo de composição, observa-se que o tempo de ignição do provete diminui com o aumento do fluxo de calor incidente, assim como se nota uma diminuição do mesmo à medida que a taxa de incorporação de AB aumenta; verifica-se também que os valores tendem a aproximar-se à medida que o fluxo aumenta, sendo que, para o fluxo de 75 kw/m 2, o tempo de ignição das diversas composições é bastante semelhante; este resultado era expectável, uma vez que um fluxo de calor mais elevado pressupõe uma ignição mais rápida, sendo que presença da borracha contribui para esta tendência, devido às suas características inflamáveis; a taxa de libertação de calor (HRR) apresenta um comportamento semelhante, para qualquer tipo de composição de betão; denota-se um crescimento inicial bastante acelerado, sobretudo para as composições B10FG e B15FG, até se atingir um valor máximo, seguido de um decréscimo até ao final do ensaio; para a composição B5FG, a fluxos de calor mais reduzidos, observa-se que após a fase de crescimento, ocorre um decréscimo muito pouco acentuado; nota-se também que à medida que o fluxo de calor incidente diminui, a ocorrência do pico é mais tardia, o que está intrinsecamente relacionado com o maior tempo de ignição respectivo; pela análise dos dados estatísticos, é possível observar que tanto o valor máximo (Max) como o valor médio (Med 180 ) são mais elevados para B15FG e B10FG do que para B5FG, o que permite concluir que, quanto maior é a taxa de substituição de AB, maior é a taxa de libertação de calor; a curva da massa remanescente denota um decréscimo generalizado que é tanto maior quanto mais intenso for o fluxo de calor incidente, já que para maiores fluxos de calor há uma maior quantidade de material decomposto; verfica-se, adicionalmente, que há períodos de tempo em que esse decréscimo é mais acentuado e outras em que a massa se mantém quase constante, correspondendo as primeiras aos instantes em que zonas com maior concentração de borracha iniciaram a sua inflamação; a observação da Figura 4.40 (d) indica que a perda de massa aumenta com a taxa de substituição de AB, mais acentuadamente para B5FG, ao passo que, para as composições B10FG e B15FG, ocorre uma redução pouco significativa da mesma; o calor efectivo de combustão (EHC) dos diversos tipos de betão não denota uma influência significativa do tipo de fluxo de calor incidente ou da taxa de incorporação de AB; este facto pode ser comprovado pela análise dos dados estatísticos referentes à propriedade em questão: os valores máximos registados (Max) são mais elevados para a composição B15FG, mas só para fluxos de 25 e 50 kw/m 2, ao passo que, para os valores médios (Med 180 ), apenas no fluxo de 50 kw/m 2 se nota valores de EHC mais elevados nas composições com maior taxa de incorporação de AB; no entanto, verifica-se que existem algumas semelhanças entre o comportamento desta propriedade e o evidenciado pela taxa de libertação de calor, seja qual for a composição; uma vez que existe uma correlação desta propriedade com o início da ignição do material, pode-se evidenciar que os valores da mesma começam a aumentar aproxidamente no instante em que se dá a ignição; a área específica de extinção (SEA) representa uma indicação da libertação de fumo durante o ensaio; observa-se que, para as composições B10FG e B15FG, existem semelhanças entre o comportamento evidenciado por esta propriedade e o comportamento respectivo à HRR, como é o caso da ocorrência de 130

149 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha picos nos mesmos instantes de tempo; a análise dos dados estatísticos permite concluir que, para fluxos de 50 e 75 kw/m 2, tanto os valores médios como os valores máximos são mais elevados para as composições com maior taxa de incorporação de AB, já que há uma elevada libertação de fumo aquando da decomposição deste material; a libertação de monóxido de carbono (CO) caracteriza-se por, numa primeira fase e até ao tempo de ignição, possuir valores relativamente reduzidos, tendência que é mais pronunciada no caso de fluxos de calor de 25 e 50 kw/m 2 ; de seguida, à medida que a taxa de libertação de dióxido de carbono começa a decrescer, denota-se um aumento gradual da libertação de monóxido de carbono, o que deriva da reacção de combustão se ir tornando menos completa ao longo do tempo; assim, numa última fase, aquando da extinção das chamas, a libertação de monóxido de carbono apresenta os valores máximos, que, como se pode evidenciar pelas figuras, não demonstram qualquer influência do fluxo incidente ou da taxa de incorporação de AB; por fim, verifica-se que os valores máximos são inferiores a 0,3 kg/kg e os valores médios são inferiores a 0,08 kg/kg, para qualquer composição e fluxo incidente; a libertação de dióxido de carbono (CO 2 ) revela um comportamento paralelo ao evidenciado pelas propriedades HRR e EHC, uma vez que esta propriedade é influenciada pelo fenómeno de decomposição da componente polimérica da borracha; deste modo, observa-se que, de uma maneira geral, os valores máximos de libertação de dióxido de carbono ocorrem nos instantes correspondentes aos valores máximos das propriedades HRR e EHC; a análise das figuras permite ainda verificar que os valores médios e de pico da libertação de dióxido de carbono são mais reduzidos para a composição B5FG do que para as restantes composições, para a maioria dos fluxos incidentes; contudo, não foi observada qualquer tendência de aumento ou diminuição de libertação de CO 2 com o fluxo de calor incidente; por fim, verifica-se que os valores máximos e médios são inferiores a 2,5 e 2,0 kg/kg, respectivamente, para qualquer composição e fluxo incidente. A análise destas conclusões demonstra que a maioria das propriedades de reacção ao fogo é influenciada pelo tempo de ignição. Esta propriedade, por sua vez, está relacionada com o fluxo de calor incidente e com a taxa de incorporação de borracha, tal como mostra a Figura 4.40 (c), o que contribui para explicar as variações relativas aos diversos tipos de betão ensaiados Estimativa das classes de reacção ao fogo Na actual investigação sobre as propriedades de reacção ao fogo, têm sido propostas correlações entre os resultados obtidos no calorímetro de cone com os resultados obtidos em ensaios mais complexos, concretamente o ensaio de canto ou SBI (Single Burning Item), sendo que este último constitui a base de classificação europeia dos materiais de construção no que diz respeito à sua reacção ao fogo. Van Hees et. al (2002) desenvolveram um software denominado ConeTools, cuja função é prever os resultados do ensaio SBI com base nos resultados obtidos pelo ensaio de calorímetro de cone. Nesse programa, introduzindo os resultados relativos às propriedades de reacção ao fogo obtidos no ensaio do calorímetro de cone (para um fluxo de 50 kw/m 2 ), é calculda uma estimativa do índice FIGRA (fire growth 131

150 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados rate) e determinada uma classe de reacção ao fogo correspondente (de acordo com o sistema de classificação europeu) (Figura 4.42). Figura Estimativa da classe de reacção ao fogo do provete B15FG com o software Conetools: resultados do calorímetro de cone (à esquerda) e estimativa dos resultados do FIGRA (à direita) No Quadro 4.20 apresenta-se as estimativas das Euroclasses de reacção ao fogo das diferentes composições de betão ensaiadas (conforme obtidas pelo software) e a correspondência com a classificação Portuguesa, anterior à entrada em vigar da presente legislação contra incêndio (Decreto-Lei n.º 220/2008 e Portaria nº1532/2008). Quadro Euroclasses dos provetes ensaiados (de acordo com os resultados obtidos com o software Conetools) e correspondência com a antiga classificação Portuguesa Material Euroclasse antiga Classe Portuguesa B5FG A2/B M0/M1 B10FG A2/B M0/M1 B15FG A2/B M0/M1 Assim, conclui-se que, para qualquer uma das taxas de substituição utilizadas, os BAB correspondem às Euroclasses A2 ou B (o que corresponde às anteriores classes Portuguesas M0/M1), situando-se entre os materiais não combustíveis (M0) e os materiais não inflamáveis (M1). A legislação relativa à segurança contra incêndios em edifícios (Decreto-Lei n.º 220/2008 e Portaria nº1532/2008) apresenta um conjunto de requisitos para as classes mínimas de reacção ao fogo dos materiais de construção utilizados em diferentes componentes / localizações dos edifícios. Para os BAB, as limitações prendem-se, a nível estrutural, com a a cobertura e as escadas, condutas de ventilação e compartimentos de evacuação de lixo. A nível não estrutural, as limitações de utilização dos BAB consistem, essencialmente, na sua aplicação como material de revestimento em vias de evacuação, câmaras corta-fogo e em paredes / tectos de locais de risco superiores à categoria C (locais que apresentem riscos agravados de eclosão e de desenvolvimento de incêndio) Conclusões A realização dos diversos ensaios na presente campanha experimental contribuiu para uma melhor caracterização dos betões produzidos com AB, tanto no estado fresco como no estado endurecido, bem como 132

151 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha para a avaliação do seu comportamento ao fogo, que consistiu no estudo das propriedades mecânicas residuais após a exposição térmica e na identificação das principais características de reacção ao fogo. Seguidamente, são apresentadas as principais conclusões referentes aos resultados obtidos na campanha experimental Propriedades dos agregados de borracha As principais diferenças entre as propriedades dos AB e AN dizem respeito à massa volúmica e baridade. Assim, na presente campanha experimental, obtiveram-se valores de massa volúmica e baridade para os AB bastante inferiores aos determinados para os AN (reduções de 47% e 69%, respectivamente). Relativamente à baridade dos AB, salienta-se ainda o registo de uma tendência crescente com o aumento da dimensão do granulado. No caso da absorção de água, os AB apresentaram valores ligeiramente superiores aos dos AN, demonstrando, tal como referido, que a metodologia de ensaio conduziu a valores não condizentes com as propriedades hidrófobas do material (absorção de água nula ou muito próxima de zero). Os valores obtidos para o índice de forma indicam uma geometria semelhante para os agregados grossos naturais. Já nos granulados de borracha, verificou-se que há um maior número de partículas angulosas no granulado 4-7 mm relativamente ao granulado 7-9,5 mm (cerca de duas vezes mais) Propriedades dos betões com granulado de borracha no estado fresco Na presente dissertação, definiu-se a priori que os diversos tipos de betões produzidos deveriam apresentar trabalhabilidades semelhantes, com o intuito de poder estabelecer comparações válidas das várias propriedades em estudo. Assim, definiu-se 125 mm como o valor de abaixamento desejado e estabeleceu-se uma margem de tolerância de ± 10 mm. Através do ensaio de abaixamento do cone de Abrams verificou-se que as diversas composições de betão apresentaram a consistência pretendida, sem ter havido necessidade de recorrer a uma alteração de a/c, como alguns autores sugerem. A argumentação para tal facto baseia-se, fundamentalmente, na maior relação a/c utilizada (relativamente às relações a/c dos referidos autores) e na diferente morfologia dos AB utilizados na produção dos betões. No que diz respeito à massa volúmica do betão no estado fresco, os valores determinados permitem concluir que há um decréscimo bastante pronunciado de massa volúmica com o aumento da taxa de substituição de borracha, tal como indica a bibliografia consultada. Esta redução é devida exclusivamente à diferença de massas volúmicas entre os AN e os AB, já que os diversos tipos de betões possuem curvas granulométricas e trabalhabilidades semelhantes Degradação física dos provetes de BAB no estado endurecido após a exposição térmica Relativamente ao estado dos provetes de betão após terem sido submetidos aos diversos níveis de exposição térmica (T400, T600 e T800), verifica-se, de um modo geral, que as maiores diferenças em termos 133

152 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados de aspecto e cor se observam para temperaturas de exposição mais elevadas (600 e 800 ºC). Adicionalmente destacam-se as seguintes observações, tanto a nível externo / superficial como interno: fissuração generalizada, mais pronunciada para o nível T800; alteração cromática para a cor castanha / negra dos provetes submetidos ao nível de exposição T600 (cujas temperaturas foram suficientes para originar a dissociação do negro de fumo contido na borracha) e para a cor cinzento-clara dos provetes submetidos ao nível de exposição T800 (cujas temperaturas foram suficientes para induzir uma decomposição mais acentuada da borracha e originar a perda de água livre no interior do betão); ocorrência de destacamentos superficiais, sobretudo nos provetes cilíndricos expostos a temperaturas mais elevadas Propriedades mecânicas residuais dos BAB no estado endurecido após a exposição térmica As propriedades mecânicas residuais após a exposição térmica avaliadas no presente estudo foram a resistência à compressão e a resistência à tracção, que seguidamente passam a ser descritas Resistência à compressão O andamento das curvas de redução de resistência residual à compressão das diversas composições regista um decréscimo pouco acentuado até à temperaturas 600 ºC. Este comportamento é justificado pelo efeito do gradiente térmico imposto aos provetes, já que para os níveis de exposição T400 e T600, as temperaturas interiores máximas registadas nas diferentes profundidades são inferiores ao intervalo crítico onde se considera que começam a existir perdas acentuadas de resistência do betão (entre 300 e 400 ºC). Para os níveis de exposição térmicos T400 e T600, observa-se que a perda de desempenho das diversas composições é semelhante à verificada pelo BR, exceptuando a composição B15FG, que, para T600, começa a evidenciar uma perda de desempenho relativamente mais acentuada. Por sua vez, o nível de exposição T800 caracteriza-se por registar, para as composições de BAB, uma perda de desempenho mais acentuada do que a verificada pelo BR, sendo que essa perda aumenta com a taxa de incorporação de AB. O aumento de temperaturas máximas registadas no interior do material (superiores a 500 ºC) para este nível térmico contribui significativamente para o maior decréscimo observado neste nível de exposição face aos restantes níveis térmicos. Em termos quantitativos, verifica-se que, para T400 e T600, não é observada uma influência notória de efeito da introdução da borracha no decréscimo de tensão residual de compressão relativa (f T c /f 20 c ), tendo sido obtidas reduções médias de 18% e 21%, respectivamente. Para o nível de exposição T800 observa-se uma redução média de f T c /f 20 c de 64% para os BAB e de 50% para o BR. O decréscimo mais acentuado verificado nos BAB poderá ser justificado pelos argumentos referidos acima mas também pelo efeito da introdução da borracha no aumento de temperaturas máximas registadas pelas diversas composições, que, embora não tenha sido generalizado, se mostrou mais pronunciado para as 134

153 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha composições com maior taxa de substituição de borracha, tal como referido no ponto Acresce, ainda, o facto de a borracha, a elevadas temperaturas, sofrer uma decomposição bastante acentuada (tal como foi observado em 4.5.2), o que contribui para que o seu comportamento no interior do betão se assemelhe a um vazio, induzindo uma maior perda de resistência do betão Resistência à tracção por compressão diametral No que diz respeito à resistência à tracção (por compressão diametral) residual após a exposição térmica, foram retiradas conclusões que se apresentam de seguida. Para a temperatura de exposição de T400, não houve diferenças de perda de desempenho de resistência à tracção das diversas composições de BAB. A partir do nível T600, observa-se que as perdas de desempenho registadas pelos BAB são ligeiramente superiores à registada pelo BR. A argumentação para justificar este facto é semelhante à referida para a resistência à compressão, ou seja, para temperaturas mais elevadas, ocorre a degradação dos constituintes do betão e a decomposição da borracha, induzindo numa maior perda de resistência. No entanto, não é possível estabelecer uma relação entre o decréscimo de tensão residual e o aumento de taxa de substituição de AN por AB, já que, para o nível de exposição T600, a composição B15FG evidencia menores perdas de desempenho do que a composição B10FG, assim como, para o nível de exposição T800, as composições de BAB apresentam aproximadamente os mesmos valores de tensão residual de tracção. Este resultado constitui uma diferença face ao verificado nos ensaios de resistência à compressão, onde se verificou que a redução de resistência aumenta com a taxa de substituição, o que se poderá dever à diferente natureza das propriedades mecânicas (no caso do ensaio de resistência à tracção por compressão diametral, é solicitada essencialmente uma secção diametral do provete). A comparação das curvas obtidas para ambas as propriedades mecânicas com as curvas propostas pelo EC2 permitiu concluir que os valores obtidos no presente estudo, apesar de serem ligeiramente inferiores aos valores regulamentares, revelaram, de um modo geral, um razoável grau de aproximação com os mesmos Propriedades de reacção ao fogo dos BAB Os resultados relativos ao ensaio no calorímetro de cone permitiram a avaliação das principais tendências de evolução das propriedades de reacção ao fogo dos diferentes tipos de BAB, de entre as quais se destacam: o tempo de ignição diminui com a taxa de substituição de AN por AB e com o fluxo de calor incidente, devido principalmente à reduzida temperatura de ignição da borracha; a taxa de libertação de calor é influenciada pelo tempo de ignição (menor tempo de ignição implica maior taxa de libertação de calor), sendo caracterizada por possuir um crescimento inicial acelerado até atingir o máximo, seguido de um decréscimo até ao final do ensaio; observa-se também que, quanto maior é a taxa de substituição de borracha, maior é a taxa de libertação de calor; a curva da massa remanescente apresenta um decréscimo generalizado com o fluxo de calor incidente; relativamente à influência da taxa de substituição de AN por AB, denota-se que a perda de massa aumenta com a taxa de substituição; porém, esse aumento é mais significativo nas composições com menor quantidade de borracha; 135

154 Capítulo 4 - Apresentação e análise de resultados relativamente ao comportamento do calor efectivo de combustão, verificaram-se algumas semelhanças com a taxa de libertação de calor, não tendo sido observada uma relação de dependência desta propriedade com a taxa de incorporação de borracha; contudo, foi possível observar uma tendência de aumento do calor efectivo de combustão com o fluxo de calor incidente; os valores médios de área específica de extinção aumentam com a taxa de incorporação de borracha, devido ao facto de este material libertar uma elevada quantidade de fumo, quando comparado com os restantes constituintes; as taxas de libertação de monóxido e dióxido de carbono (CO e CO 2 ) apresentam, de um modo geral, valores reduzidos, sobretudo para fluxos de calor de 25 e 50 kw/m 2 ; denota-se também, no caso do CO 2, algumas semelhanças do seu comportamento com o verificado pela taxa de libertação de calor e calor efectivo de combustão. A estimativa das classes de reacção ao fogo (Euroclasse e correspondente classe Portuguesa) dos BAB foi feita com base no software Conetools, utilizando os dados relativos à taxa de libertação de calor para um determinado fluxo (50 kw/m 2 ). Assim, foi obtida, para todas as composições, a Euroclasse A2/B (que corresponde a M0/M1 na anterior classificação Portuguesa), o que permite concluir que os BAB situam-se na categoria de materiais não combustíveis / não inflamáveis. Como tal, pode-se afirmar que as principais limitações de utilização dos BAB prendem-se, sobretudo, com a estrutura da cobertura e das escadas em edificações com altura superior a 9 metros (a nível estrutural) e com o revestimento em paredes e tectos de certos locais que apresentem riscos agravados de eclosão e desenvolvimento de incêndio (locais de risco de categoria superior a C). Em síntese, denota-se uma influência da taxa de incorporação na degradação das propriedades de reacção ao fogo, sobretudo para a taxa de incorporação de 15% e para fluxos de calor mais elevadas. No entanto, os resultados obtidos demonstram que os BAB são um material com potencial na construção, já que se situam na categoria dos materiais não combustíveis / não inflamáveis e não apresentam significativas limitações de utilização, para taxas reduzidas de incorporação de AB. 136

155 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 137

156 Capítulo 5 - Conclusões e desenvolvimentos futuros 5. Conclusões e desenvolvimentos futuros 5.1 Considerações finais O crescimento populacional e o avanço tecnológico verificados no séc. XX contribuíram para o desenvolvimento exponencial da indústria de pneus. A multiplicação das vias de comunicação, associada ao crescente número de viaturas ligeiras entre a população nos países desenvolvidos, fez com que a borracha se tornasse num material bastante requisitado. No entanto, constata-se que o elevado tempo de vida útil da borracha, associado à ausência de soluções de destino para os pneus em fim de vida, levou a que se gerasse, ao longo dos tempos, um considerável número de aterros contendo pneus usados. Os aterros não representam uma solução ambientalmente sustentável, devido às consequências da sua deposição a céu aberto, tais como a contaminação vegetal do solo, o maior risco de incêndios e a formação de misturas químicas que podem danificar a fauna, a flora e a qualidade da água das zonas circundantes. Deste modo, torna-se necessário encontrar alternativas viáveis para o destino deste tipo de resíduos, sendo que a reciclagem assume um papel fundamental. Neste contexto, a introdução deste tipo de material na indústria da construção civil, nomeadamente a incorporação do mesmo em betão, apresenta-se como uma alternativa bastante razoável, pelo que se torna necessário estudar o desempenho estrutural deste tipo de betão, de forma a definir os limites de aplicabilidade do mesmo. A investigação sobre as propriedades mecânicas do betão com agregados reciclados de borracha de pneus usados (BAB) revela que há um decréscimo da capacidade resistente com a incorporação de borracha. A nível da resistência à compressão, os diversos investigadores observam um decréscimo linear da mesma com a taxa de incorporação de borracha, apontando as diferenças relativas às propriedades físicas entre a borracha e os agregados naturais (AN) como um dos factores responsáveis. Para a resistência à tracção (por compressão diametral), é verificada uma tendência de redução com o aumento de taxa de incorporação de borracha que também é justificada pela diferença das propriedades físicas dos agregados de borracha, que se evidencia pelo seu comportamento no interior do betão semelhante a um vazio. O comportamento ao fogo do material betão reveste-se da maior importância já que dele depende a probabilidade de colapso dos diversos elementos estruturais em situação de incêndio. Relativamente a betões convencionais, existe já um satisfatório grau de conhecimento que permite prever o respectivo comportamento, conforme foi evidenciado pelo levantamento bibliográfico efectuado. Porém, esse conhecimento é praticamente inexistente para os BAB, pelo que, a este nível, a presente dissertação assume um carácter relevante e inovador. Assim, relativamente às propriedades mecânicas residuais de BAB após a exposição térmica, a investigação permitiu confirmar que existe um decréscimo das mesmas com o aumento de temperatura de exposição. Alguns autores sugerem que a influência da borracha nesse decréscimo será pouco significativa; no entanto, não existem dados suficientes na bibliografia que confirmem aquele resultado. A presente dissertação intervém nesta matéria, na medida em que procura quantificar esse mesmo decréscimo. 138

157 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha 5.2 Conclusões gerais O levantamento bibliográfico referente ao estado de arte revelou a escassez de informação e de trabalhos de investigação no que respeita ao desempenho mecânico residual de BAB quando sujeitos à acção de incêndio e às suas propriedades de reacção ao fogo. Assim, a presente dissertação foi desenvolvida com o objectivo de melhor compreender o comportamento ao fogo destes betões, comparativamente aos convencionais. De seguida, são apresentadas as conclusões gerais relativas aos diversos ensaios realizados na presente dissertação Propriedades dos agregados Os ensaios realizados aos agregados utilizados no fabrico de betão permitiram concluir que as principais diferenças entre as propriedades dos AN e dos AB dizem respeito à massa volúmica e baridade, onde se registaram valores inferiores para os AB. No que diz respeito à absorção de água, os AB revelaram valores mais elevados do que os AN, demonstrando que a metodologia de ensaio conduziu a valores não condizentes com as propriedades hidrófobas da borracha, pelo que não é a mais adequada. O ensaio de desgaste de Los Angeles permitiu esclarecer que os AN utilizados na presente campanha experimental satisfazem, no que diz respeito à resistência ao desgaste, os limites impostos para aplicação estrutural (desgaste inferior a 50%). Adicionalmente, considera-se que este ensaio não se adequa aos AB. Relativamente ao índice de forma, foi observado que os AN possuem uma geometria semelhante, ao passo que nos AB se notou um maior número de partículas angulosas no granulado de menores dimensões Propriedades mecânicas dos BAB Os resultados dos ensaios de caracterização dos betões produzidos na presente investigação permitiram avaliar o efeito da introdução de AB nas propriedades do betão, no seu estado fresco e endurecido. No que diz respeito à trabalhabilidade, verificou-se que o efeito da introdução da borracha não implicou uma diminuição da consistência do betão, na medida em que foram obtidos os abaixamentos pretendidos para as diversas composições, sem necessidade de alteração da relação água / cimento, que se manteve em 0,55. Por outro lado, no que concerne à massa volúmica do betão no estado fresco, verificou-se uma tendência linear de decréscimo da mesma com a taxa de incorporação de borracha, fundamentalmente justificada pela diferença de massas volúmicas entre os AB e os AN. Relativamente à resistência à compressão dos BAB sem exposição térmica, verificou-se uma tendência de decréscimo linear da mesma com a taxa de incorporação de borracha, onde foi registada a variação máxima de 55% face ao BR (para a composição B15FG). De acordo com os autores citados (Khatib (1999), Guneyisi (2004) e Valadares (2009)), a variação máxima observada também correspondeu à composição B15FG, onde foi registado um decréscimo de 57% (em média) relativamente ao BR. Relativamente à resistência à tracção (por compressão diametral), embora se tenha verificado uma elevada dispersão de resultados, os diversos autores (Khatib (1999), Topçu (1996), Cairns (2004) e Valadares (2009)) concluíram que há um decréscimo da mesma com o aumento da taxa de substituição de AB. 139

158 Capítulo 5 - Conclusões e desenvolvimentos futuros Propriedades mecânicas residuais dos BAB após incêndio As propriedades mecânicas residuais dos BAB (resistência à compressão e resistência à tracção por compressão diametral ) foram avaliadas após a exposição a diferentes níveis térmicos (T400, T600 e T800). Assim, definiram-se os rácios entre a resistência à compressão e a resistência à tracção por compressão diametral residual das diferentes tipologias de betões (BR, B5FG, B10FG e B15FG) sujeitas à temperatura T (f T c e f T ct, respectivamente), e à temperatura de referência de 20 ºC (f 20 c e f 20 ct, respectivamente). Os resultados obtidos demonstraram que tanto para a resistência à compressão como para a resistência à tracção, há um decréscimo reduzido da resistência residual até 600 ºC, inclusive, tornando-se mais acentuado a partir desta temperatura. Tal deve-se ao facto de, para os níveis de exposição T400 e T600, as temperaturas máximas no interior dos provetes serem inferiores ao intervalo crítico onde se considera que começam a existir perdas mais acentuadas de resistência. Para a temperatura de 400 ºC, os resultados demonstraram que as perdas de desempenho dos BAB são semelhantes à do BR, tanto ao nível da resistência à compressão como ao nível da resistência à tracção por compressão diametral. Para a temperatura de 600 ºC, a resistência à compressão residual apresentou a mesma tendência, exceptuando o caso da composição B15FG, que começou a evidenciar uma perda mais acentuada de resistência. Relativamente à resistência à tracção, já foi observado um aumento da perda de resistência à tracção dos BAB relativamente à do BR, sobretudo nas composições B10FG e B15FG (com f T 20 ct / f ct igual a 0,43 e 0,49, respectivamente, face a 0,59 para as restantes composições). Para a temperatura de 800 ºC, registaram-se perdas de resistência residual à compressão e tracção mais acentuadas em todas as composições de BAB, relativamente à do BR. Este comportamento está relacionado com o facto de os AB sofrerem um elevado grau de decomposição a temperaturas mais elevadas, apresentando, consequentemente, um comportamento no interior do betão semelhante a um vazio, o que torna a sua contribuição para a resistência bastante diminuta. No caso da resistência residual à compressão, verifica-se que, aparentemente, há uma redução da mesma com a taxa de incorporação de AB, contrariamente ao observado na resistência à tracção por compressão diametral (onde não foi observada qualquer influência), o que se poderá dever à diferente natureza das propriedades mecânicas e aos ensaios experimentais (no caso da resistência à tracção por compressão diametral, é solicitada essencialmente uma secção diametral do provete). A comparação das curvas de perda de resistência residual de compressão e tracção por compressão diametral obtidas no presente estudo permitiu concluir que a influência da incorporação da borracha na perda de desempenho mecânico dos betões com ela produzidos, não é consideravelmente relevante, uma vez que os valores obtidos encontram-se, de um modo geral, ligeiramente abaixo dos valores de referência propostos pelo Eurocódigo 2 - parte 1.2 (2003). No que diz respeito às propriedades de reacção ao fogo, o ensaio de cone calorímetro realizado às diversas composições de betão permitiu evidenciar as seguintes conclusões: (i) observou-se que o tempo até à ignição diminui com a taxa de substituição de AN por AB, devido sobretudo à reduzida temperatura de ignição da borracha; (ii) a taxa de libertação de calor aumenta com a taxa de incorporação de borracha; (iii) a perda de massa aumenta com a taxa de substituição de borracha, mais acentuadamente para as composições B5FG e B10FG; (iv) o calor efectivo de combustão não revela diferenças significativas para os diversos tipos 140

159 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha de betões; (v) os valores médios de área específica de extinção aumentam com a taxa de substituição, devido à libertação de fumo característica da borracha; (vi) as taxas de libertação de monóxido e dióxido de carbono não demonstram uma influência notória da taxa de incorporação de AB, sendo que foram observadas semelhanças entre o seu comportamento e o evidenciado por outros parâmetros de reacção ao fogo, tais como a taxa de libertação de calor e o calor efectivo de combustão. Os resultados obtidos permitiram obter uma estimativa da classe de reacção ao fogo (Euroclasse) dos BAB (A2/B). Assim, concluiu-se que este material apresenta limitações de utilização pouco significativas, relacionadas essencialmente, a nível estrutural, com a estrutura da cobertura e a estrutura das escadas e, a nível não estrutural, com os revestimentos de paredes e tectos em determinados locais com um considerável risco de incêndio associado. Por conseguinte, apesar de se ter notado um decréscimo das propriedades mecânicas residuais dos BAB face a um BR após a exposição térmica a temperaturas mais elevadas (800 ºC), considera-se que esse decréscimo não é suficientemente relevante ao ponto de por em causa a sua aplicação estrutural. A classe de reacção ao fogo dos BAB demonstra que os mesmos possuem, a nível regulamentar, um conjunto reduzido de limitações de utilização. Face a estas duas conclusões, pode-se afirmar que os betões com agregados reciclados de borracha, do ponto de vista do seu comportamento ao fogo, possuem potencial para serem utilizados em aplicações estruturais ou não estruturais da engenharia civil. 5.3 Propostas de desenvolvimentos futuros A concretização da presente dissertação permitiu consolidar o conhecimento relativo aos BAB, no que diz respeito às suas propriedades mecânicas e à caracterização dos AB utilizados na sua produção, assim como aprofundar o conhecimento relativo às propriedades mecânicas residuais dos BAB após a exposição térmica e às principais tendências de comportamento de reacção ao fogo. No entanto, verifica-se a necessidade de aprofundar ainda certos aspectos relativos às propriedades de betões com agregados reciclados (BAR) sujeitos a temperaturas elevadas, de forma a estabelecer-se a viabilidade dos mesmos, no que diz respeito à sua utilização na indústria de construção civil. Para tanto, sugerem-se as seguintes temáticas: estudo da influência do tipo de agregado de borracha (fino ou grosso em separado) nas propriedades mecânicas residuais (resistência à compressão, tracção e módulo de elasticidade) dos betões com eles produzidos, quando sujeitos à acção de incêndio; avaliação das propriedades mecânicas residuais de betões com agregados reciclados de outras origens (vidro, plástico, outros resíduos industriais), quando sujeitos à acção de incêndio; caracterização do comportamento de reacção ao fogo de betões com agregados reciclados de material combustível/inflamável (plástico e outros resíduos industriais); avaliação da influência do tipo de ensaio (provetes carregados / não carregados durante o aquecimento e propriedades residuais após aquecimento) nas propriedades mecânicas de BAR após exposição térmica; análise da influência do tipo de arrefecimento nas propriedades mecânicas residuais de BAR quando sujeitos à acção térmica; 141

160 Capítulo 5 - Conclusões e desenvolvimentos futuros caracterização do comportamento ao fogo de elementos estruturais compostos por BAR. 142

161 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha Bibliografia Livros / Artigos / Dissertações Anderberg, Y. (1997) - Spalling phenomena of HPC and OC. International Workshop on Fire Performance of High-Strength Concrete, Gaithersburg, MD, USA; Ahmad S.; Fedroff D.; Savas B. (1996) - Freeze-Thaw Durability of Concrete with Ground Waste Tire Rubber. Transportation Research Record, n. 1574, Transportation Research Bord, Washington, USA, pp ; Akasaki, J.; Fioriti, C.; Lopes, R.; Marques, A. ; Ricci, E. (2005) - Estudo de Dosagens para Obter Concretos com Resíduos de Borracha de Pneus. 47º Congresso Brasileiro do Concreto, Pernambuco, Brasil, pp ; Akasaki, J.; Fioriti, C.; Nirschl, G. (2002) - Influência da Granulometria das Fibras de Borracha Vulcanizada em Dosagens de Concreto, Ibracon, 44º Congresso Brasileiro do Concreto, Belo Horizonte,pp. 1-10; Akasaki, J.; Marques, A.; Marques, M.; Silva, E. (2004) - Influência de Diferentes Granulometrias de Fibras de Borracha de Pneus em Argamassas. Congresso Brasileiro do Concreto, Ibracon, Florianópolis, Brasil, pp ; Akasaki, J.; Marques, A.; Ricci, E.; e Trigo, A. (2006) - Resistência Mecânica do Concreto Adicionado de Borracha de Pneu Submetido À Elevada Temperatura. Anais das XXXII Jornadas Sulamericanas de Engenharia Estrutural, UNESP, Campinas, Brasil, pp. 1-10; Albano, C., Camacho, N.; Feliu, J.; Hernández, M.; Reyes, J. (2005) - Influence of Scrap Rubber Addition to Portland / Concrete Composites: Destructive and Non-destructive Testing. Composite Structures, 71 (1), pp ; Asi, I.; Batayneh, M.; Marie, I. (2008) - Promoting the Use of Crumb Rubber Concrete in Developing Countries. Waste Management, 28 (1), pp ; Avcular, N.; Topçu, I. (1997) - Collision Behaviours of Rubberized Concrete. Cement and Concrete Research, 27 (12), pp ; Babrauskas, V. (1993) - Ten Years of Heat Release Research with the Cone Calorimeter, Heat Release and Fire Hazard, Building Research Institute, vol. I, pp. III-1 III-8; Babrauskas, V.; Peacock, R. D. (1992) - Heat Release Rate: The single most important variable in the fire hazard, Fire Safety Journal, 18 (1), pp ; Barluenga, G.; Bollati, M.; Hernández-olivares, F.; Witoszek, B. (2002) - Static and Dynamic Behaviour of Recycled Tyre Rubber-filled Concrete. Cement and Concrete Research, 32 (10), Pergamon, pp ; Barluenga, G.; Hernández-olivares, F. (2004) - Fire Performance of Recycled Rubber-filled High-strength Concrete. Cement and Concrete Research, 34 (1), pp ; Bayomy, F.; Khatib, Z. (1999) - Rubberised Portland Cement Concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 11(3), pp ; 143

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166 Bibliografia NP EN (2000) - Ensaios das Propriedades Geométricas dos Agregados: Análise Granulométrica. Método de Peneiração. IPQ, Lisboa; NP EN (1999) - Ensaios para a Determinação das Características Geométricas dos Agregados: Determinação da Distribuição Granulométrica. Peneiros de Ensaio, Dimensão Nominal das Aberturas. IPQ, Lisboa; NP EN (2002) - Ensaios das Propriedades Geométricas dos Agregados: Determinação da Dorma das Partículas. Índice de Forma. IPQ, Lisboa; NP EN (2003) - Ensaios para a Determinação das Propriedades Mecânicas e Físicas dos Agregados: Método para a Determinação da Massa Volúmica e dos Vazios. IPQ, Lisboa; NP EN (2003) - Ensaios das Propriedades Mecânicas e Físicas dos Agregados: Determinação da Massa Volúmica e da Absorção de Água, IPQ, Lisboa; NP EN (2002) - Ensaios do Betão Fresco: Ensaio de abaixamento. IPQ, Lisboa; NP EN (2002) - Ensaios do Betão Fresco: Massa volúmica. IPQ, Lisboa; NP EN (2003) - Ensaios do Betão Endurecido: Resistência à Compressão dos Provetes de Ensaio. IPQ, Lisboa; NP EN (2003) - Ensaios do Betão Endurecido: Resistência à Compressão por Compressão Diametral dos Provetes de Ensaio. IPQ, Lisboa. 148

167 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha ANEXOS A.1

168 Anexos Índice de anexos A. Propriedades dos AB (BIOSAFE)... A.3 B. Ensaios aos agregados... A.9 1. Massa volúmica e absorção de água... A Baridade... A Ensaio de desgaste de Los Angeles... A Índice de forma... A.12 C. Ensaios ao betão fresco... A Massa volúmica... A.14 D. Ensaios ao betão endurecido (sem exposição térmica)... A Resistência à compressão aos 28 dias... A.16 E. Ensaios ao betão endurecido (após a exposição térmica)... A Resistência à compressão... A Resistência à tracção... A.22 F. Ensaios de reacção ao fogo... A Propriedades de reacção ao fogo... A Evolução das propriedades de reacção ao fogo com o tempo (fluxo incidente = 75 kw/m2). A Evolução das propriedades de reacção ao fogo com o tempo (fluxo incidente = 50 kw/m2). A Evolução das propriedades de reacção ao fogo com o tempo (fluxo incidente = 25 kw/m2). A.29 A.2

169 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha A. Propriedades dos AB (BIOSAFE) A.3

170 Anexos A.4

171 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha A.5

172 Anexos A.6

173 Comportamento ao fogo de betão com agregados reciclados de borracha A.7

174 Anexos A.8