Resistência à tracção de betões estruturais produzidos com agregados de argila expandida

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1 Encontro Nacional BETÃO ESTRUTURAL - BE212 FEUP, 2-26 de outubro de 212 Resistência à tracção de betões estruturais produzidos com agregados de argila expandida RESUMO J. A. Bogas 1 Augusto Gomes 2 No presente artigo caracteriza-se a resistência à tracção por compressão diametral e o módulo de rotura de betões estruturais de agregados leves (BEAL) com resistências entre cerca de 3 e 7 MPa. É analisada a influência de diferentes condições de cura e de molhagem inicial dos agregados e são aferidas as principais expressões propostas na normalização para betões com diferentes composições. Em geral, a resistência à tracção nos BEAL foi cerca de,8 a,85 da obtida nos betões de massa volumica normal (BAN) de igual resistência, decrescendo para,7 nos BEAL com substituição parcial de areias normais por areias leves. Dependendo das condições de cura e tipo de ensaio, a resistência à tracção nos BEAL pode variar entre cerca de a 9% da obtida nos BAN de igual composição. Palavras-chave: agregados leves, betão leve estrutural, módulo de elasticidade estático, módulo de elasticidade dinâmico, ultra-sons 1. INTRODUÇÃO Apesar do dimensionamento de estruturas com betões estruturais de agregados leves (BEAL) estar previsto na regulamentação europeia e norte americana, algumas propriedades como a resistência à tracção, corte ou a aderência são ainda mal caracterizadas [1,2]. Desde logo, porque as propriedades dos BEAL podem variar bastante consoante o tipo de agregado. Muitos dos trabalhos que têm sido desenvolvidos restringem-se à caracterização de betões com um dado tipo de agregado para uma gama restrita de resistências e massas volúmicas, cujas conclusões são apenas válidas nos casos analisados. No presente artigo pretende caracterizar-se o comportamento à tracção de BEAL produzidos com diferentes tipos de agregados de argila expandida. Para tal, foi realizado um vasto programa experimental, envolvendo betões com diferentes composições pertencentes às classes de resistência LC2 a LC6 e classes de massa volúmica D1, a D2,. Desse modo é possivel abrager a maioria dos betões leves estruturais correntes. É analisada a influência de diferentes condições de cura e condições de molhagem inicial dos agregados na resistência à tracção dos BEAL. As expressões propostas na principal normalização são aferidas para diferentes tipos e teores de cimento e agregado. 1 DECivil/ICIST, Instituto Superior Técnico, Technical University of Lisbon, Lisbon, Portugal. abogas@civil.ist.utl.pt 2 DECivil/ICIST, Instituto Superior Técnico, Technical University of Lisbon, Lisbon, Portugal. augusto@civil.ist.utl.pt

2 Resistência à tracção de betões estruturais produzidos com agregados de argila expandida 2. REVISÃO DA LITERATURA Dado que em geral os agregados leves (AL) possuem menor capacidade resistente, a resistência à tracção nos BEAL tende a ser inferior à dos betões de massa volúmica normal (BAN) de igual composição. Inclusivamente, a menor resistência à tracção dos BEAL em relação aos BAN de igual resistência à compressão é também apontada por vários autores (p.e., [3-8]). Porém, Yoshitaka, et al. [9] observam resistências à tracção nos BEAL semelhantes à dos BAN, tanto em betões de moderada como de elevada resistência. O mesmo é observado por Thorenfeldt [1] e Smeplass [11], neste último caso, inclusive para BEAL com areias leves (BEALF). Por sua vez, Bamforth e Nolan [12] verificam maiores resistências à tracção por compressão diametral nos BEAL do que em BAN de igual resistência à compressão, justificado pela maior quantidade de pasta, melhor ligação agregado-pasta e maior esfericidade dos AL. Segundo Holm e Bremner [13], para resistências de 2 a 35 MPa, a melhor compatibilidade elástica dos BEAL minimiza o desenvolvimento de microfendilhação. Para betões curados em água de até MPa, no ACI213R [1] são referidas resistências à tracção por compressão diametral nos BEAL semelhantes a ligeiramente superiores à dos BAN. Contudo, nos BEAL sujeitos a 21 dias de secagem a 5% HR, são referidas resistências à compressão diametral de 7 a 1% das obtidas nos BAN de igual resistência. Em suma, verificam-se resultados contraditórios, que deverão estar relacionados com os diferentes tipos de agregado, níveis de resistência e condições de ensaio considerados nos vários estudos. No Quadro 1 resumem-se as expressões propostas na principal normalização e algumas das relações empíricas sugeridas por vários autores, para BEAL [3, 15-18]. Quadro 1 Estimativa da resistência à tracção de betões estruturais de agregados leves Referências Relação entre f cm e f ctm a Observações FIP [19] = c.f cm,cub 2/3 =,23f cm,cub 2/3,6<c<,55; 2< f cm < 6 MPa 2< f cm < 6 MPa fib 8 [1] f ctm = c.f ck 2/3 (,+,6ρ/22) c=,3 (CEB 199) or,26 (CEB 228) ACI 318 [2] EN [21] = a.f cm,cil = b.f cm,cil f ctm =,3(f ck ) 2/3.(,+,6ρ/22) f ctm =2,12.ln(1+f cm /1).(,+,6ρ/22) a =,2 (BEALF) or,7 (BEAL) b =,7 (BEALF) or,53 (BEAL) 2<f ck,cil <5 MPa 5<f ck,cil <8 MPa NS373 [22] f ctm = f ctm,ban (,15 +,85ρ/22) Redução de 15% em BEALF Berge [15] Zhang e Gjorv [3] Morales [16] = f cm,cub 1/3 (,7+,93ρ/2) =,73f cm,cub =,23f cm,cub 2/3 =,36f cm,cil =,2f cm,cil 5<f cm <1 (cura em água) cura ao ar Uijl, et al. [17] =,2f cm,cil 2/3 cura em água Swamy e Lambert =,9f,3 cm,cub 2<f [18] cm <6 (cura em água) =,3f,6 cm,cub a - f ctm, - Resistência à tracção média axial, módulo de rotura e resistência à compressão diametral a - f ck, f cm,cil - Resistência à compressão característica e média em cilindros de φ15x3 mm a - f cm,cub ; ρ - Resistência à compressão média em cubos de 15 mm de aresta e massa volúmica do betão A resistência à compressão dos BEAL depende do limite de resistência, f L, e do patamar de resistência, f p. f L corresponde à resistência para a qual a rigidez da argamassa é semelhante à do agregado [19,23]. Acima de f L a resistência do betão é afectada pelo AL e é inferior à da argamassa. f p corresponde à resistência a partir da qual o aumento de qualidade da argamassa tem um efeito pouco significativo na resistência do betão. f L e f p devem ser menores na resistência à tracção, dado que os AL não beneficiam do efeito de confinamento da argamassa, como sucede na resistência à compressão. É ainda reconhecido que o módulo de rotura,, é mais sensível à cura do que a resistência à compressão, diminuindo quando o betão é sujeito a secagem [1,19]. Isso resulta da geração de gradientes de humidade na secção que aumentam o nível de tracção nas fibras extremas. Os BEAL ao 2

3 J.A. Bogas e Augusto Gomes estarem associados a maiores teores em água e, como tal, maiores gradientes de humidade, deverão ser sujeitos a maiores reduções na resistência à tracção [1, 18]. Por sua vez, a resistência à tracção por compressão diametral,, deverá ser menos afectada pelas condições de humidade, dado que a rotura ocorre num plano diametral sujeito a molhagem e secagem [2]. Hoff [5] reporta maior do que para BEAL curados em água, mas menor do que para BEAL curados ao ar. 3. PROGRAMA EXPERIMENTAL 3.1 Materiais Foram considerados três tipos de agregados leves de argila expandida: Leca e Argex de Portugal e Arlita de Espanha (Quadro 2). Em [23,25] apresenta-se a caracterização detalhada da microestrutura destes agregados. Foram também produzidos betões de referência com agregados finos e grossos de massa volúmica normal (AN). Duas britas calcárias de diferente dimensão foram combinadas de modo a apresentarem granulometria semelhante à da Leca (2% de bago de arroz e 8% de brita, Quadro 2). As fracções de Argex foram também combinadas de modo a possuírem granulometria idêntica à da Leca (35% 2- e 65% 3-8F, Quadro 2). Foi ainda utilizado o cimento tipo I 52.5 R, I 2.5R e II 2.5A/L e um superplastificante (SP) de base policarboxilato. 3.2 Mistura e composições Quadro 2- Propriedades dos agregados Propriedades agregados de massa volúmica normal agregados leves de argila expandida areia areia bago de brita Leca Leca Argex Argex Arlita fina grossa arroz calcária F AF7 Massa volúmica da partícula, ρ p Baridade, ρ b Absorção de água às 2h, w abs,2h (%),2,5 1, 1,1-12,3 22,9 23,3 12,1 Porosidade total, P T (%) Fracção granulométrica (d i /D i ) /2 / /6,3 6,3/12,5,5/3 /11,2 /8 6,3/12,5 3/1 Coeficiente de Los Angeles (%) ,3 3, Os betões foram produzidos numa misturadora de eixo vertical com descarga de fundo. Em geral, os agregados leves foram previamente saturados durante 2h de modo a controlar melhor a trabalhabilidade e a água efectiva da mistura. Em seguida, os agregados foram secos superficialmente com toalhas absorventes e colocados na misturadora com a areia e 5% da água de amassadura. Após 2 minutos, adicionou-se o cimento e a restante água e passado mais 1 minuto, o SP com 1% de água. No Quadro 3 indicam-se as composições, o abaixamento e a massa volúmica fresca, ρ f, e seca, ρ s. A relação a/c corresponde à água efectiva disponível para hidratação e Sp/c à percentagem de superplastificante por peso de cimento. As designações BAN, L, A e Argex correspondem às misturas com AN, Leca, Arlita e Argex. O prefixo V aparece seguido do volume de agregado. Designa-se 2,5AL quando é utilizado cimento tipo 2,5 A/L. Utilizou-se areia natural, excepto na mistura AL5, onde a areia grossa foi substituída pela areia leve (ALF) indicada no Quadro 2 (Leca -3). A máxima dimensão do agregado foi 12,5 mm.. PREPARAÇÃO DE ESPÉCIMES E RESULTADOS Para cada mistura e idade de ensaio foram moldados 3 cubos de 15 mm (resistência à compressão), 2 cilindros de φ15x3 mm (compressão diametral) e 2 prismas de 6x15x15 mm (módulo de rotura). Após desmoldagem às 2 h, os cubos e os prismas foram mantidos em água até à idade de ensaio. Os cilindros foram curados 7 dias em água seguidos de 21 dias a 5% HR (ASTM C96 [26]). Todos os provetes foram ensaiados aos 28 dias, excepto os de referência (BAN/L/A/Argex5), que 3

4 Resistência à tracção de betões estruturais produzidos com agregados de argila expandida foram igualmente ensaiados aos 7 dias. No Quadro apresentam-se os valores médios da resistência à compressão, f cm, resistência à compressão diametral,, e módulo de rotura,. Nas Figs. 1 e 2 a resistência à tracção nos BEAL é relacionada com a resistência obtida nos BAN de igual composição. Leca Arlita AN Leca Misturas agregado grosso (m 3 /m 3 ) Quadro 3 Composições, abaixamento e massa volúmica fresca e seca brita bago de arroz areia grossa areia fina cimento Quadro Resistência à compressão, módulo de rotura e resistência à compressão diametral Sp/c (%) água efectiva (l/m 3 ) a/c efectivo (l/m 3 ) abaix. (cm) massa vol. fresca, ρ f massa vol. seca, ρ s L2,5AL, ,7 158,35 17, L35, ,6 158,5 5, L39, ,7 158, L5, ,7 158,35 19, L525, ,8 158,3 21, VL3, ,7 158,35 18, VL, ,6 158, VL25, ,6 158,35 21, AL5, (ALF) 28 5,5 158, A35, ,7 158,5 9, A39, ,7 158, 19, A5, ,7 158,35 18, A525, ,8 158, VA25, ,6 158, Argex5, ,7 158, BAN2,5AL, ,8 158,35 19, BAN35, ,8 158,5 8, BAN5, ,7 158,35 17, BAN525, ,9 158,3 2, módulo rotura,28d (MPa) f cm,28d (MPa) cura água cura ao ar cura em água cura em água cura água 28 d e 7 d e 28 d e 28 d e L2,5AL 5,3-2,2,73 -,7 L35 3,1-1,9,76 -,72 L39,9-2, L5 6,7 a / 8,6 3,39 b / 3,7 3,13 b / 2,83,18 c /,87,5,7 27,9 1,6 2,8 2,8 L525 5, - 3,21 5,2 -,71 VL3 5,3-3,16,99 -,7 28, 1,8-2,8 VL 5,7-2, ,2 1,3 - - VL25 3,5-2,2,51 -,68 26, 1,5-2,7 AL5 37,5-1,17 3,68 -,6 A35 57,6 3,65 2,2 5,36,8,71 A39 62,6-2, A5 62,8 a / 6,6 3,3 b / 3,71 3,9 b / 2,9,66 c / 5,7,6,71 35,1 1,6 3,1 3,1 A525 68,5-2,92 6,3 -,73 VA25 62, - - 5,55 -,7 3, ,1 Argex5 3, a / 31,2 2,61 2,27 3,9 c /,2,7,72 19, 1, 2,5 2,5 BAN2,5AL 75,8-3, BAN35 65, ,8 -,8 (,89) d BAN5 71,6 a / 76,2,8 b /,88,39 b / 3,8 6,61 c / 7,95,56,91 (,89) d 33,1 1,5 3,5 3,5 BAN525 81, ,97 -,99 a Resist. comp. a 7 dias; b comp. diametral a 7 dias; c módulo de rotura a 7 dias; d segundo o ACI 363 [27]; e dias de cura em água Arlita AN Misturas resistência à compressão compressão diametral,28d (MPa) /f cm 28d (MPa) /f cm 28d (MPa) f cm /ρ s,28 (x1 2 m) /ρ s,28 (x1 2 m) /ρ s,28 (x1 2 m) Foi ainda analisada a influência de diferentes condições de cura na resistência à tracção dos BEAL. Em relação à resistência à compressão diametral, para além dos provetes curados ao ar foram também produzidos cilindros a partir das misturas de referência (BAN/L/A/Argex 5) e A35 que se mantiveram em água até à idade de ensaio (Quadro, Fig.1).

5 J.A. Bogas e Augusto Gomes Compressão diametral (28 dias) 1 1 módulo de rotura (28 dias) 81,3 83,3 71,1 76, 7, 78,8 72,2 8 65,2 61,3 53,5 6,3 5, ,6 2 a) AL5 L5 A5 Arg5 cura ao ar cura em água b) Figura 1 Resistência à tracção dos BEAL em relação aos BAN de igual composição: a) ; b),beal /,BAN (%) Em relação ao módulo de rotura foram produzidos prismas de 5x1x1 mm que foram curados continuamente em água (C1) ou apenas 7 dias seguidos de cura a 5%HR (C2). Este estudo envolve apenas as misturas de referência produzidas com cimento tipo I 2,5 R. Para cada mistura foram ainda considerados betões com AL inicialmente seco (PS) ou pré-saturado (PSat). O agregado PS é adicionado durante a mistura e o PSat é sujeito a 2 horas de imersão em água, antes da mistura. No Quadro 5 apresentam-se os resultados. Misturas Quadro 5 Resistência à compressão e módulo de rotura para diferentes condições de cura resistência à compressão (MPa) módulo de rotura (MPa) /(f cm ) (MPa) cura em água (C1) cura ao ar (C1) cura em água (C1) cura ao ar (C1) cura em água (C1) cura ao ar (C1) f cm,28dias f cm,9dias f cm,28dias f cm,9dias,28dias,9dias,28dias,9dias 28 dias 9 dias 28 dias 9 dias L5PSat 7,3 7,9 9,3 5,3 5,2 5, 2,2 2,8,75,79,32,39 L5PS 7,3 8,6 51,8 53,7 5, 5, 3,,7,78,78,2,6 A5PSat 62,3 6,8 69, 71, 5,9 5,9 2,1,3,75,73,25,5 A5PS 6, 67,9 69,8 73,6 6, 6,5 2,9 5,2,75,79,3,61 BAN5 75,1 76, 81,7 83,2 6,9 7, 5, 6,9,8,85,55,76,BEAL /,BAN (%). DISCUSSÃO DE RESULTADOS Nos BEAL, a superfície de rotura atravessou os agregados, demonstrando que a resistência à tracção é comandada pelo agregado. Em oposição, nos BAN a superfície de rotura tende a contornar os agregados e a resistência à tracção é comandada pela zona de transição. Nos BEAL isso ocorre apenas nos casos menos frequentes em que a zona de transição é mais fraca do que o AL, ou seja, betões jovens ou betões de baixa resistência com agregados fortes, cuja resistência é inferior ou perto de f L..1 Resistência à compressão diametral A resistência à compressão diametral,, variou entre 1,17 e 3,21 MPa nos betões curados ao ar e entre 2,6 e 3,7 MPa nos betões curados em água. Apenas os BEALF curados ao ar não cumprem o limite mínimo de 2 MPa requerido na ASTM C96 [26] para betões leves estruturais. Como esperado, foi menor nos BEAL com AL mais porosos. Porém, a diferença de entre os vários tipos de BEAL é menos significativa do que na resistência à compressão, especialmente nos betões curados ao ar. Para tal contribui a resistência limite à tracção ser inferior do que à compressão (secção 2). Nos betões curados ao ar de igual composição, diminui cerca de 17, 19 e 35% quando se substitui AN por Arlita, Leca e Argex. Nos betões curados em água, essa redução passa a ser de 2, 29 e 7%, para os BEAL com Arlita, Leca e Argex, respectivamente, ou seja, nos BEAL parece ser menos afectado pelas condições de cura, conforme se discute em.1.1. Nos BEAL com areia leve a redução foi de 66,% e 58,7% face aos BAN e aos BEAL de igual composição..1.1 Influência das condições de cura Existe uma redução generalizada de nos vários tipos de betões sujeitos a secagem. Esta redução estará relacionada com as alterações provocadas no teor em água da argamassa, que conduzem ao desenvolvimento de tensões de tracção nas imediações do agregado. Os agregados vão restringir a 5

6 Resistência à tracção de betões estruturais produzidos com agregados de argila expandida livre retracção da pasta, aparecendo fendilhação na sua vizinhança. Contrariamente ao sugerido em [1, 2], a redução da resistência é superior nos BAN (29%) do que nos BEAL (22% - Arlita, 18% - Leca, 13% - Argex). A maior limitação na resistência dos BEAL com agregados mais porosos e a maior reserva de água existente nestes betões parecem ser os principais motivos desta tendência. A reserva de água é importante, não só porque promove o prolongamento da hidratação por cura interna, mas também porque adia a retracção da argamassa. Por outro lado, quanto menor for a rigidez do agregado maior será a compatibilidade elástica com a argamassa, minimizando a microfendilhação. Este comportamento é observado na evolução de (Fig. 2). Nos betões curados em água existe um aumento entre os 7 e os 28 dias de 8,9% (BAN), 8.1% (Arlita) e 2.% (Leca) na resistência à tracção. Estes aumentos confirmam a maior limitação imposta pelos agregados de menor resistência assim como o rápido desenvolvimento das resistências iniciais. No entanto, nos betões curados ao ar observa-se uma redução na resistência, que é superior nos BAN, pelos motivos referidos. 5, 9,5 L5 cura ao ar 8, A5 cura ao ar 7 3,5 BAN5 cura ao ar 6 3, L5 cura em água 5 2,5 A5 cura em água 2, 3 1,5 BAN5 cura em água 2 a) b) (dias) (MPa) Figura 2 Evolução da resistência à tracção: a) compressão diametral b) módulo de rotura (cura em água). Como seria de esperar, diminui com o aumento da relação a/c (Quadro ). Porém, esta redução é mais significativa nos betões curados ao ar, nomeadamente para maiores relações a/c. Nestes betões de maior a/c, a secagem é mais rápida e envolve uma maior profundidade dos espécimes. (MPa) (dias) L5 A5 BAN5 Argex5.1.2 Relação entre a resistência à compressão e As expressões que relacionam com a resistência à compressão, f cm, são geralmente do tipo f ctm =k.f P cm, em que p varia entre e 2/3 (Quadro 1). Na Figura verifica-se uma fraca correlação entre estas propriedades. Tal como observado em [3,19], a elevada dispersão é justificada pelas próprias características do agregado e pelo diferente teor em água dos betões na idade de ensaio. A dispersão diminui fortemente quando se consideram apenas os betões curados em água (Fig. 3). Neste caso, pode ser estimado por Eq. (1), que se assemelha à expressão proposta no ACI 318 [2] (Quadro 1). =,7f cm (1) Excepto nos BEAL com areias leves, corresponde a cerca de, a 7,3% de f cm, nos betões curados a 5%HR e 5,6 a 8,% nos betões curados em água. Estes valores enquadram-se nos resultados obtidos por outros autores [-6]. Como esperado, as relações são mais elevadas nos betões de menor resistência. Na secagem, o desenvolvimento de maiores gradientes de deformação e a menor capacidade da argamassa para suportar as tensões concentradas na vizinhança dos AL grossos justificam também a maior redução na resistência à tracção dos BEALF.,28dias (MPa) =,7f cm,5 R² =,96 BEALF =,16.f cm,7 cura em água cura ao ar f cm,28dias (MPa) Figura 3 Relação entre a resistência à compressão diametral e a resistência à compressão nos BEAL. Na Fig. comparam-se os resultados obtidos com os de outras referências. Na EN 1992 [21] admite-se que f ctm,9.. A expressão de Berge [15] é a que melhor se ajusta aos resultados para a cura ao 6

7 J.A. Bogas e Augusto Gomes ar. A expressão de Morales [16], embora tenha uma evolução idêntica à dos resultados obtidos, conduz, em média, a estimativas cerca de 1% superiores. As restantes expressões aplicam-se a betões curados em água, com estimativas próximas dos resultados obtidos. A expressão proposta na EN 1992 [21] não é conservativa para os BEAL de maior resistência, mas substituindo,3.f cm 2/3 por,26.f cm 2/3, conforme sugerido no CEB 228 (Quadro 1, fib [1]), obtêm-se melhores estimativas. Em geral, foi baixo, tanto nos BEAL como nos BAN curados ao ar, afastando-se das expressões regulamentares que consideram apenas cura húmida. Apesar das situações reais se aproximarem das condições de cura ao ar, o efeito de secagem restringe-se normalmente ao betão mais superficial. 6 cura em água 5 BAN cura ao ar Zhang e Gjorv [3] Berge [15] 3 BAN Coquilat [28] (cura ar) 2 EN [21] 1 BEALF Uijl, et al [17] ACI 318 [2] Morales [16] (cura ar) f cm,28dias (MPa) Figura Relação entre a resistência à compressão e, tendo em consideração diferentes referências.,28dias (MPa).2 Módulo de rotura O módulo de ruptura variou entre 3,7 e 6,2 MPa, sendo novamente maior nos betões com agregados de maior massa volúmica. A substituição de AN por AL conduziu a reduções médias de superiores às de. Obtêm-se reduções de 28, 39 e 9% para os betões com Leca, Arlita e Argex, respectivamente. Isso pode ser explicado pela maior contribuição da forma irregular dos AN na resistência à flexão. Os AN funcionam como travão à propagação de fendas obrigando à formação de novas fissuras. Nos BEALF a redução do módulo de rotura foi de 53,7 e 2,% em relação aos BAN e aos BEAL de igual composição. Os resultados obtidos podem ser justificados pela menor retenção na propagação de fendas e menor capacidade resistente dos ALF. Tal como na resistência à compressão diametral, a evolução do módulo de rotura dos 7 para os 28 dias é superior nos betões com agregados de maior massa volúmica (Fig.2b). Este aumento foi geralmente superior ao de, sendo de 2, 23, 16 e 2% nos BAN e betões com Arlita, Leca e Argex, respectivamente. Nos BEAL com Argex parece ter-se atingido o patamar de resistência, f cs..2.1 Relação entre a resistência à compressão e As expressões que relacionam com f cm são normalmente do tipo das referidas para a compressão diametral (.1.2) indiciando a correlação entre estes dois tipos de ensaios. Excluindo os BEALF, existe uma elevada correlação entre e f cm (Fig. 5). Os BEAL analisados evoluem em função de f cm, de forma idêntica ao sugerido por outros autores [3, 16,2]. Em particular, existe uma grande semelhança entre Eq. (2), obtida por regressão dos valores da Fig. 5, e a expressão proposta por Zhang e Gjørv [3] (Quadro 1). Assim, a relação entre e f cm tende a ser independente do tipo de agregado leve. =.69f cm (2),28dias (MPa) =,69.f cm.5 R² =,98 BEAL 2 BEALF BAN ACI 363 [27] f cm,28dias (MPa) Figura 5 Relação entre o módulo de rotura e a resistência à compressão. 7

8 Resistência à tracção de betões estruturais produzidos com agregados de argila expandida Excluindo os BEALF, corresponde a cerca de 8,7 a 11% de f cm e enquadra-se nos valores referidos por outros autores [5,6]. Esta relação, superior nos BEAL de menor resistência, pode ainda ser influenciada pelo facto da resistência limite à tracção, f LT, ser inferior à de compressão. Se f LT for menor, existe uma redução do rácio /f cm que afecta Eq. (2). Isso sucede nos BEAL com Arlita de resistência inferior a cerca de MPa, que corresponde à sua resistência limite em compressão [23]. A utilização de areias leves conduz a reduções de 15% no módulo de rotura dos BEAL. Esta redução é semelhante à obtida por Al-Khaiat e Haque [8] e à sugerida na NS 373 [22] (Quadro 1). Na Fig. 6 verifica-se uma grande semelhança entre os resultados obtidos e os indicados por Zhang e Gjørv [3] e Swamy e Lambert [18]. O ACI318 [2] conduz a estimativas demasiado conservativas, cerca de 3% inferiores. Por sua vez, a expressão da EN 1992 [21] conduz a valores semelhantes para resistências elevadas e estimativas conservativas para resistência inferiores a cerca de 5 MPa.,28dias (MPa) f cm,28dias (MPa) Resultados do presente estudo Zhang e Gjorv [3] EN [21] ACI318 [2] Swamy e Lambert [18] FIP [19] (valores médios) Figura 6 Relação entre o módulo de rotura e a resistência à compressão para diferentes referências..2.2 Influência das condições de cura Tanto nos BAN como nos BEAL, a resistência à compressão, f cm, foi superior nos betões curados a 5% HR (Quadro 5). Esse aumento, que se manteve relativamente idêntico dos 28 para os 9 dias, foi em média de 9% nos BAN e cerca de -11% nos BEAL. Casos semelhantes são referidos por [5,18,2], que atribuem este fenómeno à tendência para a resistência aparente do betão aumentar, quando se permite a secagem dos espécimes antes de serem ensaiados. Assim, apenas se pode concluir que o teor em água dos provetes na altura do ensaio tem maior influência na resistência à compressão do que as variações causadas na hidratação. Nos BEAL curados em água, f cm variou de forma pouco significativa com as condições de molhagem inicial dos agregados. No entanto, regista-se um ligeiro aumento de f cm nos BEAL com Arlita inicialmente seca, que pode estar relacionado com a melhoria da zona de transição agregado-pasta. Quanto menor a idade e mais denso o AL, maior é a probabilidade de rotura pela interface e mais importante se torna este efeito. Nos betões curados a 5% HR, f cm foi superior nos BEAL com AL inicialmente seco. Estes betões apresentam menor teor em água na altura do ensaio e, como tal, maior energia de fractura. Este fenómeno é menos relevante nos BEAL com Arlita, visto que os agregados possuem menor teor em água. Por outro lado, neste tipo de betões com AL mais fortes a hidratação da pasta por cura interna é mais importante para a evolução da resistência. O módulo de rotura é bastante afectado pela cura, verificando-se reduções aos 28 dias de a 65% nos BEAL e cerca de 28% nos BAN. Nos BEAL associados a maiores teores em água e maiores retracções por secagem são gerados maiores gradientes que conduzem a maiores reduções na resistência. Consoante a idade do ensaio e condições de cura, a resistência à tracção nos BEAL pode variar entre e 78% (Leca) e entre 2 e 88% (Arlita) da obtida nos BAN de igual composição. Teoricamente, após a secagem total dos provetes, que pode ser muito demorada, e caso os betões apresentem níveis de hidratação semelhantes, a resistência à tracção será restituída e deverá ser idêntica à dos espécimes curados em água. Isso justifica a maior proximidade de que é observada a maiores idades entre os betões curados em água e ao ar (Quadro 5 e Fig. 7). Nos BEAL curados ao ar, a resistência normalizada a f cm é de apenas 52 a 85% (Leca) e 5 a 81% (Arlita) da obtida nos BAN (Quadro 5). As maiores reduções ocorrem nos BEAL com agregados pré- 8

9 J.A. Bogas e Augusto Gomes saturados. Os BEAL com Arlita apresentam maiores reduções do módulo de rotura aos 28 dias do que os betões com Leca. Isso deverá resultar do atraso na secagem dos BEAL com agregados mais porosos. De facto, enquanto o módulo de rotura aos 9 dias aumenta nos BEAL com Arlita, nos BEAL com Leca mantem-se praticamente inalterado (Fig. 7). 1 85,6 86,5 87,6 75, 77,6 79,5 L5PSatC1 73,2 72,8 75,7 8 67,9 L5PSatC2 6, 57, 61,6 6 L5PSC1,5 1,7, L5PSC2 A5PSatC1 2 A5PSatC2 A5PSC (dias) A5PSC2 Figura 7 Módulo de rotura dos BEAL face aos BAN de igual composição, para diferentes condições de cura f ctm,beal /f ctm,ban (%) A redução de foi menor os BEAL curados ao ar com AL inicialmente seco. Consoante o tipo de agregado e a idade do betão, atingem-se resistências 23 a 68% superiores às dos BEAL com agregados saturados. O menor teor em água nestes betões e o consequente desenvolvimento de menores retracções diferenciais justificam essas diferenças. Pode ainda ser atribuída uma melhor qualidade da zona de transição nos BEAL com agregados secos. De facto, analisando os betões curados em água, existe uma ligeira tendência para as misturas com agregados secos apresentarem módulos de rotura superiores. Assim, as condições de molhagem do agregado parecem assumir maior importância na resistência à tracção do que na resistência à compressão. Porém, em termos gerais pode concluir-se que a resistência à tracção dos betões curados em água não é muito afectada pelas condições de molhagem inicial dos AL. A forma distinta como e são afectados pelas condições de cura justificam grande parte das contradições observadas na literatura (secção 2)..3 Eficiência estrutural e resistência à tracção dos BEAL face aos BAN de igual resistência Dado que a resistência à tracção varia com f cm (Eq. (1), Eq. (2)), no Quadro indicam-se as resistências à tracção normalizadas a este parâmetro para betões curados em água. Nos BEAL, a resistência normalizada é praticamente independente do tipo de AL. A melhor qualidade da pasta nos BEAL de menor massa volúmica parece compensar a menor resistência dos seus agregados. Em relação aos BAN de igual resistência, nos BEAL existe uma redução média de aproximadamente 16% em e 19% em. Apesar de existir alguma contradição, vários autores documentam reduções semelhantes [3,,7]. Nos BEALF, essa redução foi de 15 e 32% em relação aos BEAL e aos BAN, respectivamente. Assim, tendo em consideração os dois tipos de ensaios, a resistência à tracção nos BEAL é,81 a,8 da obtida nos BAN de igual resistência, diminuindo para cerca de,7 nos BEALF. Estes factores são ligeiramente inferiores aos sugeridos na EN [21] (,8 e,89 para as classes D1,6 e D1,8) e semelhantes ao proposto na NS 373 [22] (,77 e,8 para D1,6 e D1,8). No Quadro indicam-se os coeficientes de eficiência estrutural à tracção (f ctm /ρ s ). Para cura contínua em água, os BAN têm melhor eficiência do que os BEAL. Ao contrário do que sucede na resistência à compressão, a redução da resistência à tracção nos BEAL com Arlita não é acompanhada por uma maior diminuição da massa volúmica. Conforme já referido, existe uma diminuição de f LT. Nos betões curados ao ar, a eficiência à tracção por compressão diametral é superior nos BEAL pelos motivos referidos em.1.1. Porém, seria muito inferior no módulo de rotura de betões curados ao ar,.2.2. Existe uma maior proximidade nos coeficientes de eficiência à tracção do que à compressão, dado que os BEAL desenvolvem modos de rotura semelhantes em tracção ao contrário do que sucede em compressão. Verifica-se ainda uma fraca variação da eficiência com o volume de AL nos betões curados em água (Quadro ). Assim, caso a massa volúmica seja determinante, justificam-se maiores volumes de AL, desde que não afecte muito a trabalhabilidade do betão. Porém, nos BEAL curados ao ar, existe uma ligeira redução na eficiência para maiores volumes de AL, que pode ser atribuída ao agravamento da concentração de tensões na vizinhança dos agregados devido à retracção por secagem. 9

10 Resistência à tracção de betões estruturais produzidos com agregados de argila expandida CONCLUSÕES Foi analizada a resistência à tracção dos BEAL para diferentes composições, tipos de agregado e condições de cura. Em seguida resumem-se as principais conclusões obtidas: A resistência à tracção nos BEAL é afectada pelo tipo de agregado, embora a influência seja maior na resistência à compressão. Deverá existir uma redução da resistência limite à tracção nos BEAL; A resistência à tracção nos BEAL ( e ) foi em média,81 a,8 da obtida nos BAN de igual resistência, conduzindo a uma redução da sua eficiência estrutural. Estes factores são da mesma ordem de grandeza dos sugeridos na NS373 [22] e ligeiramente inferiores aos previstos na EN1992 [21]. Ao contrário do que sucede na resistência à compressão, os BEAL com agregados menos porosos possuem menor eficiência estrutural à tracção do que os BAN; A resistência à compressão diametral diminui nos betões curados ao ar. Porém, essa redução é superior nos betões de maior massa volúmica. A resistência à tracção foi baixa, tanto nos BEAL como nos BAN curados ao ar, afastando-se do estimado na normalização para cura húmida; O módulo de rotura pode sofrer reduções importantes tanto nos BAN como nos BEAL sujeitos a secagem. Porém, a redução tende a ser superior nos BEAL. Dependendo das condições de cura, a resistência à tracção nos BEAL varia entre e 88% da obtida nos BAN de igual composição; Tendo em conta betões curados ao ar de igual classe de resistência, nos BEAL é cerca de,5 a,8 da dos BAN. Esta redução é superior ao previsto nas principais propostas normativas e deve ser tida em conta nas estruturas correntes usualmente sujeitas a secagem. Porém, as resistências tendem a ser restabelecidas após secagem, que pode ser demorada; A resistência à tracção dos BEAL curados em água foi pouco afectada pelas condições de molhagem dos agregados. Ainda assim, o teor em água inicial nos agregados assume ligeiramente maior importância na resistência à tracção do que à compressão; A resistências à tracção normalizada a f cm de betões curados em água foi praticamente independente do tipo de AL, demonstrando que a relação entre f cm e f ctm é pouco afectada pela massa volúmica dos BEAL; Para betões curados em água, as expressões propostas no ACI 318 [2] conduzem a estimativas razoáveis de, mas demasiado conservativas de. As expressões sugeridas na EN 1992 [21] conduzem a estimativas razoáveis de e, embora possam não ser conservativas para betões de elevada resistência; A influência da relação a/c e volume de agregado na resistência à tracção é afectada pelas condições de cura. Excepto nos betões curados ao ar, a eficiência estrutural à tracção é pouco afectada pelo volume de agregado; À semelhança do sugerido na NS373 [22], o módulo de rotura nos BEALF foi cerca de 15% inferior ao dos BEAL e 3% inferior ao dos BAN, tendo em conta betões de igual resistência; AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio do ICIST/IST e da FCT no financiamento do presente trabalho e o apoio das empresas SECIL, BASF, Argex e Saint-Gobain Weber Portugal no fornecimento dos materiais utilizados nos trabalhos experimentais. O primeiro autor agradece ainda o apoio financeiro da fundação para a ciência e tecnologia - FCT (SFRH/BD/27366/26). REFERÊNCIAS [1] fib bulletin 8, 2, Lightweight aggregate concrete: Part1,2,3. Lausanne: CEB/FIP 8.1. [2] EuroLightConR2 (1998). LWAC Material Properties, State-of-the-Art. European Union BriteEuRam III, BE96-392/R2. [3] Zhang, M.H.; Gjørv, O. E. (1991). Mechanical properties of high-strength lightweight concrete. ACI Mater. J., Vol 88, N.29, pp

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