Métodos de composição existentes

O betão de densidade normal usado pelos Romanos, designado inicialmente de opus caementitium e mais tarde caementum, era constituído por uma pasta ligante composta por pozolana, hidróxido de cálcio (cal) e água e por uma mistura de agregados finos e grossos de densidade normal. Os betões leves baseavam-se na utilização da mesma pasta ligante dos betões de densidade normal, mas substituíam parte ou a totalidade dos agregados de densidade normal por agregados leves naturais de origem vulcânica. Quanto às proporções dos seus constituintes, aferiam-se experimentalmente nas misturas até serem obtidas as propriedades pretendidas [75].

Actualmente, a produção dos BEAL é efectuada através da mistura de proporções optimizadas de ligante, água e adjuvantes, e de agregados leves ou uma mistura destes com agregados de densidade normal, de acordo com o ajuste granulométrico adequado à especificação. À semelhança do BDN, os ligantes utilizados na produção dos BEAL são geralmente o cimento ou uma mistura deste com adições, tais como sílicas de fumo, cinzas volantes, escórias de alto-forno e fíler [28, 91]. Quando o objectivo é produzir BEAL de alta resistência, são usados cimentos de alta resistência e adições pozolânicas [68, 120]. Entre as pozolanas artificiais, as cinzas volantes proporcionam uma melhoria da trabalhabilidade, mas um aumento pouco significativo da resistência, a qual pode ser aumentada eficientemente com recurso à adição de sílica de fumo [28]. A adição de escória de alto-forno, além de proporcionar uma elevada trabalhabilidade, influencia significativamente o aumento da resistência [28, 35]. Dependendo dos valores pretendidos para a densidade e para a resistência, podem ser usados diferentes agregados leves. Destes, os agregados naturais, tais como escórias vulcânicas ou pedra-pomes, são mais adequados

para produzir betão com densidade e resistência reduzidas. No entanto, para produzir BEAL, devem ser adoptados os agregados leves produzidos artificialmente, como a argila, xisto ou cinzas volantes expandidos [25, 91, 107, 196]. A escolha dos agregados leves da mistura influencia as propriedades do betão, as quais são directamente afectadas pelas propriedades intrínsecas desses agregados [32, 175, 184]. O teor de água e a respectiva absorção de água dos agregados, juntamente com a massa volúmica das partículas e a sua resistência mecânica, constituem as propriedades dos agregados leves que mais afectam o comportamento do betão nos estados fresco e endurecido [35, 120]. Deste modo, pode considerar-se aceitável adoptar como metodologia de composição dos BEAL, um processo de composição de BDN, fiável e correntemente usado, desde que sejam corrigidos os parâmetros associados às propriedades dos agregados leves [54, 63, 120].

Weigler e Karl [189] apresentaram um método baseado na selecção de agregados grossos leves, adequada às especificações do betão, e na quantificação dos constituintes da matriz de argamassa ligante, de modo a que ambas as partes assegurem a densidade e a resistência pretendidas. Este método só pode ser aplicado para misturas com apenas um tipo de agregados grossos leves e pode exigir várias iterações até ser obtida a mistura especificada.

O método de Dreux [54], inicialmente desenvolvido para a composição de BDN, foi posteriormente adaptado aos BEAL e consiste na definição da mistura com base nas seguintes etapas: (i) selecção da areia de densidade normal e escolha do tipo de agregados leves grossos, em função da densidade específica do BEAL; (ii) selecção do tipo e dosagem de cimento e da água efectiva, com base na resistência pretendida, usando, para o efeito, a expressão Bolomey, corrigida por um coeficiente empírico que depende do tipo de agregado leve; (iii) refinamento da relação volumétrica dos agregados grossos/finos (g/f), dependendo da consistência do betão, da dimensão máxima dos agregados e da dosagem de cimento; (iv) cálculo das dosagens, volumétricas e ponderais, dos constituintes, com base na expressão de volumes absolutos e na massa volúmica dos materiais, respectivamente. No entanto, o método de Dreux não considera o uso simultâneo de diferentes tipos de agregados leves na mesma mistura. Além disso, com o actual uso generalizado de superplastificantes e de cimentos e adições mais eficientes, os parâmetros da matriz ligante do betão podem divergir significativamente dos que foram considerados neste método.

Videla e Lopez [183] propuseram um método que considera duas fases do BEAL, uma composta pela argamassa ligante e outra por agregados grossos leves. O método apresentado considera as seguintes etapas: (i) selecção e cálculo o volume dos agregados leves da mistura, em função da densidade do BEAL, (ii) cálculo da quantidade de cimento, em função do volume relativo de

ambas as fases, tendo em conta a resistência final pretendida; (iii) ajuste dos restantes parâmetros da matriz ligante às especificações do betão; (iv) cálculo da dosagem de areia, em função da expressão dos volumes absolutos. Mais tarde, estes autores [184] apresentaram uma abordagem de estimativa da resistência do BEAL, corrigindo a resistência da argamassa ligante, através de um coeficiente de perda de resistência, o qual depende do tipo e da dosagem volumétrica dos agregados grossos na mistura. Este método também não considera o uso simultâneo de diferentes agregados leves na mesma mistura e as proporções volumétricas dos agregados não são controladas por optimização granulométrica.

Lourenço et al. [120] apresentaram um método para a composição de BEAL que compreende as seguintes etapas principais: (i) definição da pasta ligante e correspondente previsão da resistência, através da expressão de Feret [50, 80]; (ii) optimização das proporções das areias de densidade normal, juntamente com os agregados leves grossos, por ajuste granulométrico à curva de referência, utilizando os correspondentes parâmetros para ajustar a consistência, a densidade e a relação volumétrica dos agregados grossos/finos; (iii) quantificação das dosagens finais dos constituintes, com base na expressão dos volumes absolutos e nas respectivas densidades dos materiais usados; (iv) previsão da resistência do BEAL, multiplicando o valor previsto da resistência da matriz ligante por um coeficiente de correcção, determinado experimentalmente, o qual depende do tipo e dosagem dos agregados leves. Este método permite um melhor ajuste granulométrico do conjunto de agregados, bem como uma maior facilidade de aproximação à densidade especificada, comparativamente aos métodos mencionados anteriormente. Embora o coeficiente de correcção dependa do tipo e dosagem dos agregados leves usados, este tem, ainda assim, de ser determinado experimentalmente para cada tipo de agregado grosso leve, à semelhança do método de Dreux. De igual modo, este método considera apenas um tipo de agregado grosso leve para cada mistura de betão.

Ke et al. [105] estudaram a influência das características dos agregados leves, de argila expandida e de xisto expandido, e das respectivas proporções volumétricas, nas propriedades do BEAL. Concluíram que o aumento da proporção volumétrica dos agregados leves provoca uma redução significativa da resistência à compressão e do módulo de elasticidade. Referem ainda que os agregados leves com maior densidade são geralmente mais resistentes, contribuindo para a produção de BEAL com maior massa volúmica; consequentemente, estes betões apresentam maiores valores de resistência e do módulo de elasticidade, embora diferença seja menor na resistência.

Alguns dos métodos desenvolvidos para a composição de betões de elevado desempenho [50, 52], geralmente baseados na optimização da compacidade, podem ser adaptados a BEAL de

elevado desempenho [51, 196]. Contudo, todos os parâmetros associados às características dos agregados leves terão de ser igualmente corrigidos, em função das suas características, permitindo estimar as principais propriedades mecânicas do BEAL.

Os métodos baseados nas redes neuronais artificiais, usados para a optimização de betões de elevado desempenho e de ultra-elevado desempenho [87, 94, 112], apresentam igualmente um forte potencial para a composição dos BEAL. Uma das grandes vantagens deste método é a possibilidade de conjugação dos diversos parâmetros associados aos agregados leves e à matriz ligante num modelo único, permitindo estimar as diversas propriedades dos BEAL. Contudo, o treino efectuado para a aprendizagem artificial do modelo exige um número elevado de misturas, com variação dos principais parâmetros.