3. Produção e caracterização de betões no estado fresco (Módulo 3)

3. Produção e caracterização de betões no estado fresco (Módulo 3) 3.1.Objectivos O presente módulo tem como objectivos: Formular e produzir diversas composições de betões, variando os seus constituintes e as características pretendidas; Dar a conhecer aos alunos os cuidados a adoptar na produção de betão; Dar a conhecer aos alunos alguns dos ensaios de utilização mais frequente para avaliação da consistência e caracterização mecânica de betões; Permitir que os alunos adquiram sensibilidade aos valores obtidos nos vários ensaios de caracterização; Obrigar os alunos a expressar os resultados obtidos em cada um dos ensaios executados; Obrigar os alunos a procederem à análise crítica dos resultados. 3.2. Plano de amassaduras Durante as aulas de laboratório são produzidos os seguintes betões: 1. Betão de referência; 2. Betão de referência com redução da relação A/C (consistência seca); 3. Betão de referência com redução da relação A/C e utilização de superplastificante; 4. Betão de referência com redução da relação A/C, utilização de superplastificante e substituição de parte do cimento por cinzas volantes; 5. Betão de referência com redução da relação A/C, utilização de superplastificante e substituição de uma das britas por agregado leve de argila expandida. Cada turma produz 40 litros de cada um dos betões acima referidos e de cada uma deles molda 3 provetes cúbicos e 1 provete cilindríco e um provete prismático para posterior caracterização no estado endurecido. Todos os provetes produzidos são conservados na câmara saturada até à sua caracterização no estado endurecido. A identificação dos provetes deverá ser efectuada de modo a incluir indicação: formulação (ex: B1, B2,..); data amassadura; turma. 3.3. Ensaios No âmbito deste módulo, os alunos procedem à: produção dos betões; caracterização dos betões no estado fresco: avaliação da consistência, determinação da massa volúmica no estado fresco. M3.1

3.4. Descrição dos procedimentos de ensaio 3.4.1. Avaliação da consistência do betão ensaio de abaixamento (baseado em NP EN 12350-2:2002 Ensaios do betão fresco. Parte 2: Ensaio de abaixamento) Resumo do processo O betão fresco é compactado no interior de um molde com a forma tronco-cónica. Quando o cone é removido na vertical, o abaixamento do betão estabelece a medida da sua consistência. Aparelhos e utensílios Molde (Cone de Abrams) com 20 e 10 cm de diâmetros e 30 cm de altura; Varão de compactação com 16 mm de diâmetro; Funil (opcional); Régua graduada de 0 a 300 mm; Placa plana para apoio do molde; Tabuleiro para homogeneização do betão; Pá; Pano molhado; Colher de pedreiro. Técnica Colocar o molde sobre a placa, firmar com os pés e encher com a amostra; O enchimento é feito em três camadas de volume sensivelmente igual quando compactadas; Compactar cada camada com 25 pancadas, igualmente distribuídas sobre a sua superfície, por forma a que o varão penetre no interior da camada imediatamente adjacente; No preenchimento e compactação da camada de topo, amontoar o betão acima do molde antes de iniciar a compactação; Rasar a última camada através de movimentos de rolamento do varão de compactação, para que o molde fique perfeitamente preenchido; Remover o excesso de betão da placa; levantar o molde com cuidado e colocá-lo sobre a placa ao lado do provete, mas sem que toque na base deste; Executar toda a operação de desmoldagem em 5 a 10 s, através de um movimento firme para cima e sem transmitir movimentos laterais ou torcionais ao betão; Imediatamente após remover o molde, medir e registar o abaixamento, determinando a diferença entre a altura do molde e o ponto mais alto do provete que abaixou. Resultados O abaixamento corresponde ao valor da medição efectuada, com aproximação aos 10 mm. Ficha de registo de ensaio - FRE B02.1 Consistência do betão Ensaio de abaixamento M3.2

3.4.2. Avaliação da consistência do betão Ensaio Vêbê (NP EN 12350-3:2002 Ensaios do betão fresco. Parte 3: Ensaio Vêbê) Resumo do processo O betão fresco é compactado no interior de um molde para ensaio de abaixamento. O molde é removido na vertical e um disco transparente é colocado em cima do betão e baixado cuidadosamente até entrar em contacto com o betão. Regista-se o abaixamento do betão. Ligase a mesa vibratória e mede-se o tempo (tempo Vêbê) necessário para que a face inferior do disco transparente fique totalmente em contacto com a pasta de cimento. Aparelhos e utensílios Medidor Vêbê constituído por: Recipiente metálico, de forma cilíndrica, com 24 cm de diâmetro e 20 cm de altura; Molde com 20 e 10 cm de diâmetros e 30 cm de altura; Funil; Disco transparente e horizontal, ligado a uma haste que desliza verticalmente através de uma guia; a haste deve estar munida de uma escala com divisões de 5 mm, destinada a registar o abaixamento do betão; Mesa vibratória; Varão de compactação com 16 mm de diâmetro; Cronómetro; Tabuleiro para homogeneização do betão; Pá; Pano molhado; Colher de pedreiro. Técnica Colocar o molde dentro do metálico, girar o funil e baixá-lo sobre o molde e encher com a amostra; O enchimento é feito em três camadas de volume sensivelmente igual quando compactadas; Compactar cada camada com 25 pancadas, igualmente distribuídas sobre a sua superfície, por forma a que o varão penetre no interior da camada imediatamente adjacente; No preenchimento e compactação da camada de topo, amontoar o betão acima do molde antes de iniciar a compactação; Elevar e girar o funil e rasar a última camada através de movimentos de rolamento do varão de compactação, para que o molde fique perfeitamente preenchido; M3.3

Remover o molde na direcção vertical; executar toda a operação de desmoldagem em 5 a 10 s, através de um movimento firme para cima e sem transmitir movimentos laterais ou torcionais ao betão; Se houver lugar a abaixamento, registar o facto; Girar o disco transparente sobre a parte superior do betão e baixá-lo cuidadosamente até que entre em contacto com o betão; Se houver lugar a abaixamento quando o disco entrar em contacto com o betão, ler e registar o seu valor; Libertar o disco da sua haste, por forma a que este deslize facilmente e ligar a mesa vibratória e o cronómetro simultaneamente; Verificar através do disco transparente o efeito da compactação do betão; logo que a face inferior do disco esteja totalmente coberta com a pasta de cimento, parar o cronómetro e desligar a mesa vibratória; Registar o tempo decorrido com aproximação aos segundos. Resultados O tempo lido no cronómetro, com aproximação aos segundos, representa o tempo Vêbê que define a consistência da mistura submetida a ensaio. Ficha de registo de ensaio - FRE B02.2 Consistência do betão Ensaio Vêbê M3.4

3.4.3. Determinação da massa volúmica do betão fresco (baseado em NP EN 12350-6:2002 Ensaios do betão fresco. Parte 6: Massa volúmica) Resumo do processo O betão fresco é compactado dentro de um rígido e estanque, de volume e massa conhecidos, sendo então pesado. Aparelhos e utensílios Recipiente de volume e massa conhecida; Balança; Colher para enchimento do ; Dispositivo de compactação do betão, recorrendo-se nas aulas ao vibrador de agulha. Técnica Avaliar a massa do, m1, e a sua capacidade, V; Encher o, compactando o betão, no mínimo em duas camadas; a compactação, no caso das aulas, é efectuada por recurso a vibrador de agulha; Uma vez compactada, a camada superior é nivelada com a ajuda da colher ao nível da parte superior do ; Limpar o exterior do molde, pesar o molde com o betão e registar a sua massa, m2. Resultados m m Sendo: D = 2 1 V Sendo: D - massa volúmica do betão fresco, em kg/m 3 ; m 1 - massa do, em kg; m 2 - massa do com o betão fresco, em kg; V - volume do em m 3. A massa volúmica do betão fresco é arredondada aos 10 kg/m 3 mais próximos. Ficha de registo de ensaio - FRE B03 Massa volúmica do betão fresco M3.5

3.4.4. Produção e preparação de provetes de betão (baseado em EN 12390-2:2000 Testing hardened concrete Part 2: Making and curing specimens for strenght tests) Resumo do processo Produção e preparação de provetes de betão para caracterização da resistência mecânica. Aparelhos e utensílios Moldes conformes com a EN 12390-1 1. Dispositivo de compactação do betão, recorrendo-se nas aulas ao vibrador de agulha; Colher para enchimento dos moldes; Betoneira; Câmara para condicionamento dos provetes em ambiente à temperatura de 20±5º C; Martelo de borracha para auxiliar a desmoldagem dos provetes; Recipiente para imersão completa dos provetes em água à temperatura de 20±2ºC ou em câmara saturada com a mesma temperatura e com, pelo menos, 95% de humidade relativa; Moldagem dos provetes Antes da moldagem dos provetes, misturar bem a amostra de modo a assegurar a boa distribuição dos componentes do betão; Antes de se iniciar o enchimento dos moldes, limpar, untar ligeiramente com óleo e assentá-los numa superfície horizontal e firme; Encher o e compactar o betão; a compactação pode ser realizada por meios mecânicos (vibrador de agulha) ou por meios manuais (varão de compactação); nas aulas recorre-se ao primeiro método referido: Compactar o betão introduzindo o vibrador, lentamente em posição vertical, por acção apenas do seu peso até a superfície ficar lisa em resultado de ligeiro refluimento da água e das partículas mais finas, e cessar a libertação de bolhas de ar; As zonas de actuação da agulha devem ser: no caso dos moldes cúbicos e cilíndricos, segundo o seu eixo; no caso dos moldes prismáticos, em três pontos distribuídos ao longo do seu comprimento; Rasar o provete; Identificar os provetes nos moldes. Condicionamento dos provetes Imediatamente após a moldagem, colocar o conjunto na câmara de condicionamento; Os provetes devem ser conservados nos moldes por um período de pelo menos 16 horas, mas não superior a 3 dias; Decorrido o período indicado, desmoldar os provetes e colocá-los na câmara saturada até ao dia do ensaio. 1 De acordo com a NP EN 206, os provetes de referência para a determinação de tensão de rotura por compressão devem ser cúbicos, com 15 cm de aresta, ou cilíndricos de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura. Os provetes prismáticos possuem secção quadrada de 15 cm de aresta e 60 cm de comprimento. M3.6

Estudo da composição do betão Método de Faury FRE B01.1 Material acumulado [%] Malha Curva de Faury sem cimento [mm] Passado Retido Passado Retido Passado Retido Passado Retido Passado Retido 152,4 101,6 76,2 50,8 38,1 25,4 19,1 12,7 9,52 6,35 4,76 2,38 1,19 0,59 0,297 0,149 0,074 Módulo de finura 100 90 Material passado através do peneiro [%] 80 70 60 50 40 30 20 Dosagem de cimento: [kg,m -3 de betão] Consistência do betão: [cm] D máx do betão: [mm] Volume vazios: [m 3 ] A = B= 10 K = K = 0 0 0,0065 0,074 0,149 0,297 0,59 1,19 2,38 4,76 6,35 9,52 12,7 19,1 25,4 38,1 50,8 76,2 101,6 152,4 Malhas [mm] M3.7

Cálculo do betão: Estudo da composição do betão Método de Faury FRE B01.2 M3.8

Composição do betão FRE B01.3 Folha de registo Plano de amassadura Data de amassadura Designação do betão - Composição do betão [kg] Materiais Por m 3 de betão Por amassadura de Obs. calculado corrigido calculado corrigido Agregados Cimento Água Plano de amassadura Data de amassadura Designação do betão - Composição do betão [kg] Materiais Por m 3 de betão Por amassadura de Obs. calculado corrigido calculado corrigido agregados Cimento Água M3.9

Consistência do betão Ensaio de abaixamento (referência NP EN 12350-2) Folha de registo de ensaio FRE B02 Abaixamento pretendido - [cm] (verdadeiro/deformado) _ Abaixamento pretendido - [cm] (verdadeiro/deformado) _ Abaixamento pretendido - [cm] (verdadeiro/deformado) _ Abaixamento pretendido - [cm] (verdadeiro/deformado) _ Abaixamento pretendido - [cm] (verdadeiro/deformado) M3.10

Consistência do betão Ensaio Vêbê (referência NP EN 12350-3) Folha de registo de ensaio FRE B03 (verdadeiro/colapsado/deformado) Tempo Vêbê [s] (verdadeiro/colapsado/deformado) Tempo Vêbê [s] (verdadeiro/colapsado/deformado) Tempo Vêbê [s] M3.11

Massa volúmica do betão fresco (referência NP EN 12350-6) Folha de registo de ensaio FRE B04 Volume do Massa do Massa do mais a massa do provete no Massa volúmica do betão fresco m2 1 m V (m 3 ) (kg) (kg) (kg/m 3 ) Volume do Massa do Massa do mais a massa do provete no Massa volúmica do betão fresco m2 1 m V (m 3 ) (kg) (kg) (kg/m 3 ) Volume do Massa do Massa do mais a massa do provete no Massa volúmica do betão fresco m 2 1 m V (m 3 ) (kg) (kg) (kg/m 3 ) Volume do Massa do Massa do mais a massa do provete no Massa volúmica do betão fresco m 2 1 m V (m 3 ) (kg) (kg) (kg/m 3 ) M3.12

FORMULÁRIO Classificação da trabalhabilidade e indicação dos meios de compactação correspondentes Trabalhabilidade Meios de compactação Método de medição da trabalhabilidade que se podem empregar Graus Vêbê Abaixamento do cone de Abrams (cm) Terra húmida Vibração potente e compressão (pré-fabricação) > 30 - Seca Vibração potente (pré-fabricação) 30 a 10 - Plástica Vibração normal 10 a 2 0 a 4 Mole Apiloamento - 5 a 15 Fluida Espalhamento e compactação pelo próprio peso - > 15 Valores dos parâmetros A e B da curva de Faury Valores de A Meios de compactação Natureza dos inertes Trabalhabilidade que se podem empregar Areia rolada Areia britada Inerte grosso Inerte grosso Inerte grosso rolado britado britado Valores de B Terra húmida Vibração potente e compressão (pré-fabricação) 18 19 20 1 Seca Vibração potente (pré-fabricação) 20 a 21 21 a 22 22 a 23 1 a 1.5 Plástica Vibração média 21 a 22 23 a 24 25 a 26 1.5 Mole Apiloamento 28 30 32 2 Fluida Espalhamento e compactação pelo próprio peso 32 34 38 2 Valores de K e K da expressão da água de amassadura de Faury Valores de K Meios de compactação Natureza do inerte Trabalhabilidade que se podem empregar Areia rolada Areia britada Inerte grosso Inerte grosso Inerte grosso rolado britado britado Terra húmida Vibração potente e compressão Valores de K 0.24 0.25 0.27 0.002 (pré-fabricação) Seca Vibração potente (pré-fabricação) 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 0.35 0.003 Mole Apiloamento 0.34 a 0.36 0.36 a 0.38 0.38 a 0.40 0.003 Fluida Espalhamento e compactação pelo próprio peso 0.36 0.38 0.40 0.004 Volume de vazios do betão Máxima dimensão do agregado (mm) Volume de vazios (ar) ( l / m 3 ) 9.5 30 12.7 25 19.1 20 25.4 15 38.1 10 50.8 5 76.2 3 152.2 2 Série normalizada de peneiros (mm): 0.149; 0.297; 0.59; 1.19; 2.38; 4.76; 9.52; 19.1; 38.1; 76.2; 152.9 Y D/2 = A + 17 B K K' D + ; I = + R 5 0.75 D R 0. 75 D D Material Massa volúmica Baridade sem compactação [kg.m -3 ] [kg.m -3 ] Cimento 3100 1200 Cal hidraúlica 2600 800 Cal aérea 2200 600 Cinzas volantes 2400 1000 Areia 2650 1400 Classes de Abaixamento S1 S2 S3 S4 S5 Abaixamento (mm) 10 a 40 50 a 90 100 a 150 160 a 210 > 220 M3.13