AGRADECIMENTOS ... i
RESUMO... ii
ABSTRACT ... iii
ÍNDICE DE TEXTO ... iv
ÍNDICE DE TABELAS ... vii
ÍNDICE DE TABELAS ... vii
ÍNDICE DE FIGURAS ... ix ÍNDICE DE FIGURAS ... ix ÍNDICE DE IMAGENS... xi ÍNDICE DE IMAGENS... xi TERMINOLOGIA...xiii CAPITULO 1 – INTRODUÇÃO ...1
CAPITULO 2 – BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL ...5
CAPITULO 3 – RETRACÇÃO NO BETÃO...34
CAPITULO 4 – ADJUVANTES REDUTORES DE RETRACÇÃO (SRA) ...56
CAPITULO 5 – FASE EXPERIMENTAL: ESTUDO DE COMPOSIÇÕES...61
CAPITULO 6 – FASE EXPERIMENTAL: RETRACÇÃO NO BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL ...80
CAPITULO 7 – ANÁLISE DE RESULTADOS ...90
CAPITULO 8 – CONCLUSÕES ...93
CAPITULO 9 – DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ...95
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...97
AGRADECIMENTOS
A elaboração deste trabalho contou, directa e indirectamente, com a preciosa colaboração de um vasto número de pessoas.
Em primeiro lugar gostaria de expressar o meu profundo agradecimento ao Engº Miguel Oliveira, pela sua orientação sempre disponível e de uma maneira extraordinariamente dinâmica e eficiente.
Todo o trabalho de investigação desenvolvido contou com o directo empenho dos técnicos do Laboratório de Materiais de Construção da Escola Superior de Tecnologia da Universidade do Algarve, aos quais agradeço a sua colaboração.
Agradeço ao Engº. Morgado André pelo seu apoio e esclarecimento de algumas questões de âmbito técnico.
Quero agradecer também à Drª. Georgina Narciso, pelo seu apoio em algumas traduções de âmbito técnico.
Queria agradecer aos meus colegas de curso e em especial aos do “núcleo duro” pelo apoio demonstrado ao longo do curso.
Pretendo agradecer de uma forma especial à minha namorada Ana, pelo apoio e incentivo e paciência demonstrada ao longo deste trabalho.
Por último, mas de uma maneira não menos importante, pretendo agradecer aos meus pais, irmão e toda a família o apoio e tempo que foram privados da minha atenção.
A todos, agradeço e espero um dia poder retribuir tudo aquilo que me foi proporcionado.
RESUMO
O betão auto-compactável (SCC) apresenta-se actualmente como um material inovador, o qual tem provado possuir um elevado potencial, nas áreas da produtividade, condições de trabalho e até mesmo nas suas características intrínsecas. As diversas aplicações, a nível mundial, assim o demonstram.
Em Portugal, já existem estudos, que apontam para a grande vantagem económica e tecnológica deste material. No entanto, tem existido muitos problemas de fissuração no SCC endurecido, ao longo do tempo, mais especificamente, no que diz respeito à retracção devido à incompleta caracterização da evolução desta propriedade do SCC. A retracção do betão pode gerar tensões elevadas nos elementos estruturais e conduzir à fissuração. Em certos casos é importante limitar o valor da retracção para evitar a ocorrência de grandes fissuras.
Foi realizado um trabalho experimental para avaliação da retracção, através da introdução de um adjuvante redutor de retracção em duas composições de SCC com diferentes resistências.
O estudo provou que o adjuvante redutor de retracção utilizado diminuiu, de modo significativo, o valor da retracção em ambas as composições de SCC.
ABSTRACT
Self-compacting concrete (SCC) is presented in our days as an innovating material, which has shown a high potential in the production areas, in the working conditions and even in its intrinsics characteristics. Its various applications, at a world level, have proved its efficiency.
There are already studies in Portugal which are proving the great economic and technological advantage of this material. However, there have existed many fissuration problems in the hardened SCC, along the times, more specifically, in what concerns shrinkage due to the incomplete characterization of evolution of this property of the SCC. Shrinkage of SCC may generate high tensions in structural elements and lead to fissuration. In certain cases it is important to limit the value of the shrinkage to avoid the occurrence of great fissures.
An experimental work was performed for the assessment of shrinkage though the introduction of shrinkage reducing admixture in two composition of SCC with different strength.
SRA used diminished, in a significant may, the value of the shrinkage in both compositions of the SCC.
ÍNDICE DE TEXTO
CAPITULO 1 – INTRODUÇÃO ...1
1.1 - Considerações Gerais...1
1.2 - Motivações e Objectivos ...2
1.3 - Estrutura do Trabalho...3
CAPITULO 2 – BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL ...5
2.1 - Conceito de betão auto-compactável ...5
2.2 - Métodos para atingir a auto-compactibilidade ...8
...8
2.2.1 - Capacidade de Enchimento ...10
2.2.2 - Resistência à ocorrência de segregação ...12
2.2.3 - Capacidade de passagem 2.3 – Tipos de betão auto-compactável...13
2.4 - Metodologia de cálculo de composição de mistura de SCC ...15
...18
2.4.1 - Recomendações de carácter geral ...18
2.4.1.1 - Recomendações do Comité Técnico 174-SCC da Rilem ...19
2.4.1.2 - Recomendações da EPG SCC 2.5 - Propriedades do SCC no estado fresco ...20
...20
2.5.1 - Principais ensaios ao betão fresco ...20
2.5.1.1 - Ensaio de espalhamento (Slump flow test) 2.5.1.2 - Ensaio de escoamento (V-funnel test) ...22
2.5.1.3 - Ensaio na caixa L (L-box test) ...25
2.5.1.4 - Outros ensaios ao betão fresco...26
2.6 - Propriedades do SCC no estado endurecido ...27
...28
2.6.1 - Principais ensaios ao betão endurecido 2.7 - Classificação da Consistência...29
2.8 – Aplicações do SCC...30
2.9 – Orientações para solucionar problemas num SCC...31
CAPITULO 3 – RETRACÇÃO NO BETÃO...34
3.1 - Considerações Gerais...34
3.2 - Tipos de Retracção ...35
3.3 - Causas de Retracção...35
...35 3.3.1 - Retracção Plástica
3.3.2 - Retracção Química ou de Le Chatelier ...38
3.3.3 - Retracção por Secagem ou Hidráulica ...38
3.3.4 - Retracção Autogénea ...38
3.3.5 - Retracção por carbonatação...39
3.3.6 - Retracção térmica...39
3.4 - Retracção nas primeiras 24 horas...40
3.5 - Factores que influenciam a retracção ...41
3.5.1 - Influência do tempo e da natureza do agregado...41
3.5.2 - Influência da dimensão da peça ...42
3.5.3 - Influência das dosagens de cimento e de água ...44
3.5.4 - Influência da humidade relativa do ar ...45
3.5.5 - Influência da conservação prévia dentro de água e dos ciclos alternados de embebição e secagem ...46
3.5.6 - Influência da percentagem da armadura ...48
3.5.7 - Influência dos adjuvantes e adições ...49
3.6 - Retracção segundo o R.E.B.A.P. ...50
3.7 - Medição da Retracção em Laboratório ...52
...52
3.7.1 - Ensaio de determinação da retracção no SCC CAPITULO 4 – ADJUVANTES REDUTORES DE RETRACÇÃO (SRA) ...56
4.1 - Considerações Gerais...56
4.2 – Desenvolvimento do produto ...57
4.3 – Mecanismo de acção...57
4.4 – Aplicação de SRA no local (Método da Impregnação) ...58
4.5 – Considerações na utilização de SRAs...59
4.6 – Benefícios do SRA ...59
CAPITULO 5 – FASE EXPERIMENTAL: ESTUDO DE COMPOSIÇÕES...61
5.1 - Caracterização dos materiais utilizados ...61
5.1.1 - Cimentos...61 5.1.2 - Cinzas volantes...62 5.1.3 - Agregado fino...63 5.1.4 - Agregado grosso...63 5.1.5 - Adjuvantes ...65 5.1.6 - Água ...66 5.2 - Desenvolvimento de misturas de SCC...66
5.2.1 - Procedimentos de amassadura para betões ...67
5.2.2 - Desenvolvimento do SCC, com cimento tipo II, classe 42.5R ...68
5.2.3 - Desenvolvimento do SCC, com cimento tipo II/B-L 32.5N ...71
5.3 - Ensaios de resistência relativos às misturas de SCC desenvolvidas...76
...76
5.3.1 – Ensaios de resistência à compressão ...77
5.3.2 – Ensaios de resistência à flexão ...78
5.3.3 – Ensaios de resistência à tracção por compressão CAPITULO 6 – FASE EXPERIMENTAL: RETRACÇÃO NO BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL ...80
6.1 – Considerações gerais...80
6.2 - SCC com resistência à compressão de 44 MPa ...80
...80 6.2.1 - Composição do SCC ...82 6.2.2 - Resultados ...82 6.2.2.1 - Retracção ...84 6.2.2.2 - Resistência à compressão 6.3 - SCC com resistência à compressão de 25 MPa ...84
...84 6.3.1 - Composição do SCC ...86 6.3.2 - Resultados ...86 6.3.2.1 - Retracção ...88 6.3.2.2 - Resistência à compressão CAPITULO 7 – ANÁLISE DE RESULTADOS ...90
CAPITULO 8 – CONCLUSÕES ...93
CAPITULO 9 – DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ...95
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...97
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Recomendações do Comité técnico 174-SCC da Rilem ...19
Tabela 2 – Recomendações da EPG SCC ...19
Tabela 3 – Classes de Espalhamento...29
Tabela 4 – Classes de escoamento ...29
Tabela 5 – Classes de capacidade de passagem ...29
Tabela 6 - Classes de resistência à segregação...30
Tabela 7 – Localização de falhas em caso de resultados demasiados baixos, (EFNARC, 2002) ...32
Tabela 8 – Localização de falhas em caso de resultados elevados, (EFNARC, 2002) ...32
Tabela 9 – Possíveis medidas de correcção a partir das falhas identificadas, (EFNARC, 2002) ...33
Tabela 10 – Influência das dosagens de cimento e de água na retracção do betão ao fim de 24h, (Coutinho, 1988)...41
Tabela 11 – Influência da percentagem da armadura na variação de dimensões devida á retracção, (Coutinho, 1988) ...48
Tabela 12 – Características dos cimentos utilizados...62
Tabela 13 – Características das cinzas volantes ...62
Tabela 14 – Características do agregado fino (areia) ...63
Tabela 15 – Granulometria do agregado fino (areia)...63
Tabela 16 – Características do agregado grosso...64
Tabela 17 – Granulometria do agregado grosso ...64
Tabela 18 – Características do superplastificante...65
Tabela 19 – Características do adjuvante redutor de retracção (SRA) ...66
Tabela 20 – Composição da mistura em SCC, com cimento tipo II, classe 42.5R....68
Tabela 21 - Resultados obtidos ao betão fresco das misturas em SCC, com cimento tipo II, classe 42,5R...68
Tabela 22 - Vários parâmetros da composição SCC,cII 42.5 R ...69
Tabela 23 – Classificação da consistência...69
Tabela 24 – Composição da mistura em SCC, com cimento tipo II/B-L, classe 32.5N ...71
Tabela 25 - Resultados obtidos ao betão fresco das misturas em SCC, com cimento
tipo II/B-L, classe 32.5N ...72
Tabela 26 - Vários parâmetros da composição SCC,sf,cII/B-L 32.5N...72
Tabela 27 – Classificação da consistência...73
Tabela 28 – Resultados do ensaio de determinação da resistência à compressão aos 28 dias...76
Tabela 29 – Resultados do ensaio de determinação da resistência à flexão ...78
Tabela 30 – Resultados do ensaio de determinação da resistência à tracção por compressão...79
Tabela 31 – Composição do SCC de 44 MPa com e sem SRA ...80
Tabela 32 – Valores da retracção no SCC - 44 MPa ...83
Tabela 33 – Valores da resistência à compressão aos 14 dias...84
Tabela 34 – Composição do SCC 25 MPa com e sem SRA ...85
Tabela 35 – Valores da retracção no SCC 25 MPa...87
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1 - Modelo reológico de Bringham...6
Fig. 2 – Modelo reológico de um fluído newtoniano ...7
Fig. 3 – Comportamento reológico comparado de um SCC adaptada de David (1999) ...7
Fig. 4 – Mecanismo de bloqueio (Nunes, 2001) ...12
Fig. 5 – Metodologia para alcançar a auto-compactabilidade ...14
Fig. 6 – Ensaio de espalhamento do betão ...21
Fig. 7 – Ensaio de Fluidez do betão ...23
Fig. 8 – Ensaio na Caixa L ...25
Fig. 9 – Faixas de aplicação do SCC em relação às...31
Fig. 10 – Fissuras por retracção plástica em pavimentos e lajes contínuas, (Coutinho, 1988) ...36
Fig. 11 – Fissuras por assentamento plástico (CEB,1992) ...37
Fig. 12 – Retracção da pasta de cimento e do betão nas primeiras 24 horas, (Coutinho, 1988) ...40
Fig. 13 – Influência da natureza petrográfica do agregado na retracção, (Coutinho, 1988) ...42
Fig. 14 – Retracção em função da variação axial das dimensões de prismas de betão, (Coutinho, 1988)...43
Fig. 15 – Retracção superficial dos prismas da figura 13, (Coutinho, 1988) ...44
Fig. 16 – Influência das dosagens de água e cimento, (Coutinho, 1988)...45
Fig. 17 – Influência da humidade relativa na variação de dimensões do betão exposto desde a desmoldagem na atmosfera respectiva, (Coutinho, 1988)...46
Fig. 18 – Influência da humidade relativa na variação de dimensões do betão depois de uma cura em água, (Coutinho, 1988)...47
Fig. 19 – Influência da secagem e embebição na retracção e expansão, (Coutinho, 1988) ...48
Fig. 20 – Gráfico com os valores de retracção no betão corrente, segundo o R.E.B.A.P. ...52
Fig. 21 – Molde utilizado para a determinação da retracção no SCC ...53
Fig. 23 – Comparador constituído por deflectómetro e suporte em aço...54
Fig. 24 – Determinação da retracção ...55
Fig. 25 – Mecanismo de acção (D’Souza, 1996)...58
Fig. 26 - Curvas granulométricas dos agregados...65
Fig. 27 – Betoneira de eixo vertical utilizada no fabrico dos betões ...67
Fig. 28 – Ensaio de resistência à compressão dos provetes ...76
Fig. 29 – Gráfico das resistências à compressão das 2 composições de SCC...77
Fig. 30 – Ensaio de resistência à flexão dos provetes aos 28 dias ...77
Fig. 31 – Gráfico das resistências à flexão das 2 composições de SCC...78
Fig. 32 – Ensaio de resistência à tracção por compressão dos provetes...78
Fig. 33 – Gráfico das resistências à tracção por compressão das 2 composições de SCC...79
Fig. 34 – Gráfico com os valores médios de retracção do SCC 44 - MPa ...83
Fig. 35 – Gráfico de resultados da resistência à compressão (14 dias) do SCC 44 MPa com e sem SRA ...84
Fig. 36 – Gráfico com os valores médios de retracção do SCC 25 MPa ... 88
Fig. 37 – Gráfico de resultados da resistência à compressão (14 dias) do SCC 25 MPa com e sem SRA ... …89
ÍNDICE DE IMAGENS
Imagem 1 - Amassadura da composição SCC,cII 42.5R ...70
Imagem 2 - Ensaio de espalhamento, SCC,cII 42.5R ...70
Imagem 3 – Pormenor do ensaio de espalhamento, composição SCC,cII 42.5R ...70
Imagem 4 - Ensaio na caixa L, vista lateral, composição SCC,cII 42.5R ...70
Imagem 5 – Ensaio na caixa L, vista frontal, SCC,cII 42.5R ...70
Imagem 6 – Ensaio no V-funnel, SCC,cII 42.5R ...70
Imagem 7 – Ensaio de espalhamento, ...73
Imagem 8 - Pormenor do ensaio espalhamento, SCC,cII/B-L 32.5N ...73
Imagem 9 - Enchimento do funil, SCC,cII/B-L 32.5N ...74
Imagem 10 – Ensaio V-funnel, SCC,cII/B-L 32.5N...74
Imagem 11 – Enchimento da caixa L, ...74
Imagem 12 - Ensaio da caixa L, ...74
Imagem 13 – Ensaio da caixa L, vista de cima, SCC,cII/B-L 32.5N ...74
Imagem 14 – Vista do obstáculo da caixa L, SCC,cII/B-L 32.5N...74
Imagem 15 – Medição H1 na caixa L, SCC,cII/B-L 32.5N...75
Imagem 16 – Medição H2 na caixa L, SCC,cII/B-L 32.5N...75
Imagem 17 – Amassadura sem SRA, ...81
Imagem 18 – Amassadura com SRA, ...81
Imagem 19 – Amassadura sem SRA, SCC 44 MPa ...81
Imagem 20 – Amassadura com SRA, SCC – 44 MPa ...81
Imagem 21 – Colocação do SCC – 44 MPa no molde múltiplo, sem SRA...81
Imagem 22 – Colocação do SCC – 44 MPa no molde múltiplo, com SRA...81
Imagem 23 – Provetes SCC – 44 MPa, sem SRA ...82
Imagem 24 – Provetes SCC – 44 MPa com SRA, ...82
Imagem 25 – Provetes SCC – 44 MPa sem SRA ...82
Imagem 26 – Provetes SCC – 44 MPa com SRA ...82
Imagem 27 – Amassadura sem SRA, SCC – 25 MPa ...85
Imagem 28 – Amassadura com SRA, SCC –25 MPa ...85
Imagem 29 – Amassadura sem SRA, SCC – 25 MPa ...85
Imagem 30 – Amassadura com SRA, SCC – 25 MPa ...85
Imagem 32 –Colocação de SCC – 25 MPa no molde mútiplo, com SRA ...86
Imagem 33 – Provetes SCC – 25 MPa, sem SRA ...86
Imagem 34 – Provetes SCC – 25 MPa, com SRA ...86
Imagem 35 – Provetes SCC – 25 MPa, sem SRA ...87
TERMINOLOGIA
L-box test ensaio da caixa em L
Self-Compacting Concrete betão auto-compactável
Slump-flow test ensaio de espalhamento do betão
Shrinkage reducing admixture adjuvante redutor de retracção
CAPITULO 1 – INTRODUÇÃO
1.1 - Considerações Gerais
Nos últimos anos, os trabalhos de investigação relacionados com o material betão estrutural têm ajudado na melhoria de algumas características importantes, de forma a produzir variedades de betão que exibam propriedades mecânicas e físicas superiores às definidas nas normas e regulamentos. São os designados betões de elevado desempenho. O seu objectivo é o de melhorar as características mecânicas e de durabilidade. No que diz respeito à durabilidade trata-se de um tema que tem constituído motivo de grande interesse devido aos elevados custos de reparação e reabilitação das estruturas de betão armado e pré-esforçado. Porém, a durabilidade das estruturas de betão é em grande medida o resultado da qualidade da produção.
Como é sabido, a durabilidade das estruturas de betão depende da compacidade da mistura, na qual tem elevada importância a eficiência da compactação. Por outro lado, cada vez mais as estruturas de betão são sujeitas a níveis de exigência mais elevados, o que se reflecte na produção de peças (ou zonas de peças) densamente armadas.
Praticamente todo o betão, correntemente aplicado na construção actual, exige compactação forçada (principalmente pelo método do vibrador de agulha) para atingir grande compacidade. Esta vibração mecânica exige a utilização de equipamento e de mão-de-obra, que representam um custo além de provocar ruído e poder provocar problemas de saúde.
Recentemente, foi desenvolvido um novo betão sob o nome de “self-compacting concrete” (betão auto-compactável). Com este novo material a necessidade de vibração foi completamente eliminada. Assim sendo, os custos devidos ao equipamento e mão-de-obra diminuem e o ruído extingue-se.
1.2 - Motivações e Objectivos
O betão auto-compactável (Self Compacting Concrete – SCC) apareceu no final da década de oitenta no Japão e, desde então, despertou mundialmente interesse da comunidade cientifica, dedicada ao estudo do material betão.
O betão auto-compactável responde à necessidade de se desenvolver um betão que não seja afectado pela qualificação da mão de obra durante a sua colocação em obra e que não requeira qualquer tipo de vibração ou compactação mecânica. O betão auto-compactável é compactado somente devido ao seu peso próprio, em qualquer tipo ou forma de cofragem e sem segregação ou agregação [Okamura, 1997].
Assim sendo, a utilização do betão auto-compactável traduz-se em mais valias, nomeadamente:
• Diminuição de custos de mão de obra;
• Redução de prazos;
• Diminuição dos níveis de ruído;
• Diminuição de custos nos equipamentos de vibração e seus acessórios;
• Melhoria da homogeneidade do betão;
• Não dependência do factor mão de obra para garantir a qualidade da compactação;
• Possibilidade de enchimento de zonas densamente armadas onde a compactação por vibrador de agulha é impossível.
• Melhoria da qualidade das superfícies de acabamento.
As vantagens associadas à utilização deste novo material tem levado a uma aplicação crescente em diversos países. No nosso país as aplicações não têm praticamente significado, reduzindo-se a casos muito pontuais. Este tipo de betão tem sido utilizado no reforço de estruturas de betão, tais como, no reforço de lajes em que é feita uma betonagem sobre o suporte existente.
Sabe-se que têm existido muitos problemas de fissuração no SCC endurecido, ao longo do tempo, mais especificamente, no que diz respeito à retracção devido à incompleta caracterização da evolução desta propriedade do SCC. A retracção do betão pode gerar tensões elevadas nos elementos estruturais e conduzir à fissuração. Em certos casos é importante limitar o valor da retracção para evitar a ocorrência de grandes fissuras.
A retracção em idades mais avançadas pode ser controlada através da introdução de armaduras específicas no betão, da introdução de adjuvantes redutores de retracção (Shrinkage Reducing Admixtures - SRA ), e por último utilizando adições expansivas.
Neste contexto, pretende-se com a realização deste estudo, avaliar o efeito de um adjuvante redutor de retracção (SRA) no betão auto-compactável. De modo a que, a composição de SCC a utilizar possa ter uma aplicação na prática não foi introduzido fíler, tendo apenas, como materiais finos, cimento e cinzas volantes, disponíveis na maioria das centrais de betão pronto. Os restantes materiais utilizados são correntes e disponíveis no mercado Português.
1.3 - Estrutura do Trabalho
O presente trabalho encontra-se organizado em nove capítulos, com os conteúdos que se apresentam em seguida.
O CAPÍTULO 1, Introdução, está reservado à motivação e objectivos que levaram ao desenvolvimento do trabalho. Descreve ainda a estrutura deste documento.
O CAPÍTULO 2, é designado por betão auto-compactável e apresenta o estado da arte desta nova tecnologia. Este capítulo é aqui descrito de forma
resumida, pois tem apenas como objectivo rever o trabalho realizado neste âmbito. Entre as matérias mais importantes para este trabalho estão os estudos relacionados com o método para atingir a auto-compactibilidade, as propriedades e os métodos de ensaio do betão fresco.
No CAPÍTULO 3, dedicado à retracção dos betões, apresentam-se as propriedades e parâmetros considerados mais importantes no fenómeno da retracção para o betão em geral.
No CAPÍTULO 4, dedicado aos adjuvantes redutores de retracção (SRA) para betões, apresentam-se os mecanismos de acção e os benefícios induzidos no betão. Este capítulo descreve, um dos temas chave deste trabalho.
O CAPÍTULO 5, é dedicado ao estudo de composições para realização deste trabalho. Este capítulo dá inicio à fase experimental. É efectuada uma caracterização dos materiais utilizados, desenvolve-se as misturas de SCC e valida-se estas misturas.
O CAPÍTULO 6 é dedicado à avaliação da retracção no betão auto-compactável, ou seja, refere-se à continuação da fase experimental, em que, é avaliado e analisado o fenómeno da retracção no SCC com classes de betão diferentes e utilizando um adjuvante redutor de retracção.
No CAPÍTULO 7, designado por análise conclusiva dos resultados, são apresentados os resultados e avaliados os efeitos dos adjuvantes redutores de retracção no betão auto-compactável.
O CAPÍTULO 8, é reservado para a apresentação das conclusões deste estudo.
No CAPÍTULO 9, são indicadas várias matérias, que na opinião do autor, são merecedoras de futuros desenvolvimentos.
CAPITULO 2 – BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL
2.1 - Conceito de betão auto-compactável
O betão auto-compactável (SCC) é considerado como um dos desenvolvimentos mais importantes na técnica da construção com betão.
Entende-se por betão auto-compactável o betão capaz de se mover, libertar o ar e preencher os espaços no interior da cofragem envolvendo as armaduras, sem receber qualquer energia adicional de compactação, estando sujeito apenas à acção da gravidade, mantendo sempre a homogeneidade.
As principais exigências funcionais de um betão auto-compactável são: a capacidade de enchimento; a resistência à segregação e a facilidade de passagem [Skarendahl, 2001].
Relativamente à capacidade de enchimento, é entendida como a facilidade com que o betão preenche o interior da cofragem e envolve as armaduras.
A resistência à ocorrência de segregação é definida como a capacidade das partículas em suspensão manterem a homogeneidade durante a mistura, transporte e colocação. A exsudação e o assentamento de partículas mais grossas são exemplos de falta de resistência à segregação.
Quanto à facilidade de passagem, esta é entendida como a capacidade do betão de passar por espaços estreitos resultantes da cofragem e das armaduras.
O comportamento do betão fresco durante a colocação e consolidação é influenciado pelas suas características reológicas. O betão fresco pode ser descrito como uma suspensão de partículas, com uma granulometria extensa, em que as suas propriedades variam ao logo do tempo de devido às reacções de hidratação.
Segundo J. David, (2001), o comportamento reológico do betão fresco é caracterizado através da “tensão de cedência” e “viscosidade plástica” definidas de acordo com um modelo de Bringham (Fig. 1). Este modelo não inclui os betões de consistência seca ou outros como sejam os drenantes, ciclópicos, entre outros.
Fig. 1 - Modelo reológico de Bringham
Como se pode observar, existe uma resistência inicial ao movimento (τ0 – tensão de cedência), que depende principalmente do volume de pó da mistura seguido pelo aumento da tensão de corte (τ ) aplicada a uma velocidade de corte (ω) crescente. O declive da recta corresponde à viscosidade plástica (µpl). Os principais mecanismos que influenciam a reologia são o atrito interno das partículas e a quantidade de água livre, os quais dependem da tensão superficial e da dispersão das partículas. Estas, por sua vez, podem ser modificadas utilizando adjuvantes redutores de água.
David (1999) refere que betões que apresentam alguma fluidez revelam comportamentos que se aproximam dos fluidos newtonianos. Num fluído newtoniano existe uma relação linear entre a tensão de corte aplicada ao fluído e a correspondente velocidade (Fig. 2). O declive da recta corresponde à viscosidade do fluído. São exemplos de fluidos newtonianos muitos solventes e certos óleos.
Fig. 2 – Modelo reológico de um fluído newtoniano
O campo correspondente ao betão auto-compactável encontra-se na zona de valores baixos da tensão de cedência, isto é, aproximando-se de um fluído Newtoniano.
Um material com alguma viscosidade, o suficiente para minimizar os riscos de segregação e com uma resistência ao movimento reduzida, apresenta-se como um material homogéneo que flui facilmente. São estas características que se exigem aos betões auto-compactáveis.
A figura 3, representa o comportamento reológico de um betão auto-compactável comparativamente com outros tipos de betão.
Muitas vezes o conceito de betão auto-compactável é confundido com um betão fluído. Um betão auto-compactável é um betão com elevada fluidez mas com suficiente coesão. Distingue-se dum betão fluído porque é mais coeso e flui mais lentamente.
Um betão auto-compactável não é necessariamente auto-nivelante, já que pode apresentar alguma coesão.
Os betões auto-compactáveis podem ser utilizados na maioria das aplicações onde se usa o betão convencional. Intencionalmente, pode incorporar um volume de ar residual assim como fibras. Tanto pode ser aplicado em betonagens “in situ” como em betonagens de elementos pré fabricados.
2.2 - Métodos para atingir a auto-compactibilidade
Em termos de trabalhabilidade, a auto-compactação traduz-se na capacidade que o betão apresenta de fluir após a sua descarga, apenas pela acção da gravidade, enchendo completamente os espaços pretendidos, não apresentando defeitos iniciais e mantendo uma boa homogeneidade.
Conforme já referido em 2.1, a auto-compactação é obtida respeitando três requisitos fundamentais: a capacidade de enchimento, a resistência à ocorrência de segregação e a capacidade de passagem.
2.2.1 - Capacidade de Enchimento
No que respeita à capacidade de enchimento, existem duas propriedades que devem ser tidas em conta: a capacidade de deformação, que esta relacionada com a distância a que o betão pode fluir, e a velocidade de deformação.
Para se conseguir uma capacidade de enchimento adequada, o betão deve apresentar uma redução do atrito entre as partículas e uma pasta com uma boa deformabilidade.
Para se tornar o betão deformável é necessário reduzir a fricção entre as partículas sólidas (agregados grossos, agregados finos e materiais finos). Para
reduzir o atrito entre as partículas de agregado é necessário reduzir a possibilidade de contacto entre as mesmas. Um modo de o obter consiste na diminuição da dosagem de agregado, aumentando a dosagem da pasta. O atrito entre os materiais finos não é possível de ser reduzido com o recurso ao aumento da dosagem de água na pasta, porque o uso de dosagens de água elevadas conduz à segregação e origina, no betão endurecido, uma diminuição das resistências e da durabilidade.
A pasta deve também apresentar uma elevada deformabilidade, o que obriga ao uso de adjuvantes tenso-activos, como é o caso dos superplastificantes. A forma das partículas finas tem um efeito bastante significativo nas dosagens requeridas de água e superplastificante. A utilização de materiais finos com formato esférico, como é o caso das cinzas volantes, é considerado bastante benéfico para o aumento da deformabilidade das pastas.
A redução do atrito entre os agregados e a maior deformabilidade da pasta tende a diminuir a resistência à segregação, pelo que em certos casos, pode não ser conveniente a implementação simultânea dos dois parâmetros.
Conforme já indicado, reduzir só o atrito entre as partículas sólidas não é suficiente, porque a pasta deve também apresentar uma boa capacidade de deformação, traduzida numa baixa resistência ao movimento e uma boa resistência à ocorrência de segregação.
A deformabilidade do betão está bastante relacionada com a deformabilidade da pasta, a qual pode ser aumentada com o uso dos superplastificantes. O uso adicional de água reduz a coesão e a viscosidade, enquanto que o uso dos superplastificantes reduz principalmente a coesão, causando um ligeiro decréscimo na viscosidade.
A razão água/finos deve ser controlada, de modo a se obter uma adequada capacidade e velocidade de deformação. Por exemplo, uma pasta com uma dosagem adequada de superplastificante e um quociente água/finos muito baixo vai apresentar uma elevada deformabilidade, mas baixa a velocidade de deformação. Desse modo, os finos devem ser ajustados de modo a equilibrar o quociente
água/finos, visando a obtenção de uma adequada deformabilidade e velocidade de deformação.
De modo resumido, para se atingir uma boa capacidade de enchimento podem-se considerar os seguintes procedimentos:
Para reduzir o atrito entre as partículas;
• Diminuir o volume de agregado grosso (aumentando o volume da pasta)
• Optimizar a granulometria da fase sólida
Para aumentar a deformabilidade da pasta; • Adicionar um superplastificante
• Controlar a razão água/finos
2.2.2 - Resistência à ocorrência de segregação
A segregação do betão fresco é caracterizada pela falta de homogeneidade na distribuição dos materiais constituintes. Um SCC não deve apresentar nenhum dos tipos de segregação seguintes, tanto em repouso como em movimento:
• Exsudação;
• Segregação da pasta e agregados;
• Segregação do agregado grosso, originando bloqueio;
• Não uniformidade da distribuição dos poros.
Para evitar a exsudação é fundamental reduzir a quantidade de água livre na composição. Para tal pode-se reduzir a dosagem de água, e portanto o quociente água/finos, ou utilizar materiais finos com elevada superfície mássica aumentando assim a água adsorvida à superfície das partículas dos finos. A resistência à
ocorrência de exsudação pode também ser melhorada com a utilização de um agente de viscosidade.
Os outros três tipos de segregação podem ser diminuídos com a utilização de uma pasta adequada, capaz de transportar os agregados. Para tal deve existir uma força de interacção elevada entre as fases, para o que contribuem o atrito e a coesão.
O aumento da resistência à ocorrência de segregação, com base no aumento do atrito, não é aconselhável, pois diminui a capacidade de deformação e aumenta a possibilidade de bloqueio. É preferível aumentar a coesão entre as fases, o que se consegue reduzindo o quociente água/finos.
Assim, para se conseguir uma boa resistência à ocorrência de segregação, podem ser considerados os seguintes procedimentos:
No sentido de diminuir a exsudação; • Diminuir a dosagem de água
• Diminuir o quociente água/finos
• Utilizar materiais com maior superfície mássica
• Utilizar um agente de viscosidade
No sentido de diminuir a separação dos sólidos; • Limitar o conteúdo de agregados
• Reduzir a máxima dimensão do agregado
• Diminuir o quociente água/finos
2.2.3 - Capacidade de passagem
Conforme já referido, um SCC deve possuir uma elevada fluidez, e, ao mesmo tempo, uma adequada resistência à segregação. Na maioria das aplicações é ainda necessário um requisito extra, que consiste na capacidade de passar entre os espaços reduzidos, resultantes da configuração da cofragem e das armaduras, sem a ocorrência de bloqueio por parte dos agregados grossos. Assim, deve haver uma compatibilização entre a máxima dimensão do agregado e a quantidade de agregado grosso, com os espaçamentos entre armaduras e as aberturas da cofragem.
Na figura 4 é representado o mecanismo de bloqueio. Pretende-se traduzir o escoamento do betão através do espaço entre dois varões de armadura. A existência de obstáculos provoca uma alteração do percurso das partículas, provocando o contacto entre elas, crescendo a probabilidade de se formar um arco estável.
A formação de um arco estável é facilitada com o uso de agregados grossos de maior dimensão e com o uso de dosagens elevadas de agregado. O risco de formação do arco estável aumenta também se a composição possuir uma tendência para a segregação das partículas grossas. Nestes casos o bloqueio pode-se verificar, mesmo se a máxima dimensão do agregado grosso não for excessiva.
Para um mesmo espaçamento, as armaduras de diâmetros maiores aumentam o risco de bloqueio, porque os varões de maior diâmetro conferem um suporte mais estável para a formação do arco de agregados.
De modo resumido, para se conseguir uma boa capacidade de passagem, podem-se considerar os seguintes procedimentos:
No sentido de se melhorar a coesão para reduzir o risco de segregação dos agregados;
• Diminuir o quociente água/finos
• Introduzir um agente de viscosidade
No sentido de compatibilizar as dimensões dos espaços abertos, com as características dos agregados grossos;
• Diminuir o volume de agregado grosso
• Diminuir a máxima dimensão dos agregados
2.3 – Tipos de betão auto-compactável
Um betão auto-compactável exige a combinação das três propriedades fundamentais, no estado fresco (capacidade de enchimento, resistência à ocorrência de segregação e capacidade de passagem).
A utilização de dosagens limitadas de agregado grosso reduz a colisão entre essas partículas, o que facilita a capacidade de passagem, e, naturalmente, obriga ao aumento do volume da pasta.
A combinação de um superplastificante com uma baixa razão água/finos permite reduzir a quantidade de água livre (água de amassadura menos a água utilizada no processo de hidratação e água absorvida pelos agregados), condição necessária para a obtenção da viscosidade capaz de garantir a uniforme suspensão das partículas sólidas e a redução das tensões internas devidas à colisão entre as partículas dos agregados [Khayat, 1999].
A figura seguinte (Fig. 5) apresenta, de uma forma resumida, o processo para alcançar essas propriedades.
Betão Auto-compactável
Fig. 5 – Metodologia para alcançar a auto-compactabilidade
Em função do método utilizado para evitar a ocorrência de segregação, distinguem-se três tipos de SCC:
• SCC do tipo finos – apresenta um elevado volume de finos.
• SCC do tipo agente de viscosidade – para o qual é utilizado um agente de viscosidade.
• SCC do tipo misto – apresenta uma combinação dos dois tipos anteriores.
A primeira composição de SCC desenvolvida apresentava as características do tipo finos. Neste tipo, a dosagem de finos é aumentada significativamente, traduzindo-se num aumento da tensão de cedência e da viscosidade. O uso adicional dos superplastificantes origina uma diminuição significativa da tensão de cedência e um ligeiro decréscimo na viscosidade. A razão água/finos é ajustado de modo a conferir uma coesão e uma viscosidade adequadas, de modo a evitar a ocorrência de segregação. A necessidade de dosagens de finos elevadas é normalmente materializada com o recurso a várias adições, como por exemplo, fíler, cinzas volantes, escórias de alto forno, etc.
O SCC do tipo agente de viscosidade apresenta, como característica principal, uma elevada deformabilidade, mesmo com a utilização de dosagens pequenas de finos. Este tipo de SCC é considerado como uma derivação do betão submerso. Neste último, a ocorrência de segregação é evitada com o uso de grandes quantidades de agente de viscosidade, o que vai diminuir significativamente a possibilidade de dissolução das partículas de cimento na água. Este betão submerso não é aplicável nas estruturas correntes, devido ao facto de apresentar uma elevada viscosidade que impede a libertação do ar e dificulta a passagem em zonas congestionadas.
O SCC do tipo misto é baseado na combinação dos dois tipos anteriores. Neste tipo de SCC, muitas vezes, o agente de viscosidade tem como objectivo “atenuar” possíveis variações ocorridas durante a produção, principalmente no teor em água superficial e nas granulometrias das areias.
2.4 - Metodologia de cálculo de composição de mistura de SCC
A diversidade de aplicações dos SCC mostra que existe uma grande variedade deste tipo de betões. Muitos materiais foram utilizados com sucesso no fabrico dos SCC, na sua grande maioria iguais aos usados no betão convencional.
É também consensual que não existe uma única solução para uma aplicação particular. Por outro lado, é impossível elaborar um método de cálculo de SCC universal, devido à grande variedade de materiais disponíveis. Um procedimento adequado de cálculo deverá ter em conta a variedade de requisitos, e a necessidade de usar materiais disponíveis localmente. [Domone, (2001)].
Até ao momento, foram desenvolvidos vários métodos de cálculo de composições de SCC, os quais são baseados em diferentes princípios. Fundamentalmente, eles apresentam duas grandes diferenças, em relação aos métodos de cálculo de betão convencional. A primeira grande preocupação na produção de SCC é obter auto-compactação, não sendo normalmente condicionantes as propriedades exigidas ao betão no estado endurecido. A necessidade de auto-compactação é que determina o conteúdo da pasta e o quociente água/finos. A resistência à segregação é numa segunda fase optimizada,
através de uma combinação apropriada dos diferentes finos. Por outro lado, o número de possíveis combinações dos materiais (cimentos, adições, superplastificantes, agentes de viscosidade, etc) obriga a que uma grande parte das variáveis sejam definidas através de ensaios preliminares, uma vez que as suas interacções são difíceis de prever com alguma certeza. Assim, depois de caracterizados os materiais, é indispensável a realização de vários ensaios. Quando alcançados os vários parâmetros pretendidos, são executados os ensaios finais ao betão. Estes últimos são sempre considerados indispensáveis.
Todos os métodos têm limitações inerentes, ou nos materiais em que foram desenvolvidos, ou na gama de betões que são capazes de produzir. Por exemplo, uma das maiores restrições consiste no facto que a maioria dos métodos de cálculo não contempla o uso de agentes de viscosidade [Domone, (2001)].
Os diferentes métodos são de complexidade variada, e obrigam ao conhecimento de informações diversas sobre os materiais que utilizam. Todos consideram composições volumétricas, com a consequente conversão para proporções em massas.
Uma grande parte dos métodos consiste em sequências, em que a etapa seguinte depende da precedente. Outros métodos baseiam-se em recomendações, traduzidas por limites para os vários componentes das misturas.
A descrição exaustiva de todos os métodos de cálculo das composições existentes não é objectivo do presente trabalho, no entanto, muitos desses métodos de cálculo já foram publicados. De qualquer modo, é apresentado a seguir a bibliografia mais importante referente a esses métodos de cálculo:
• Okamura, H. & Ozawa, K., (1994), “Self-compactable high perfomance concrete”, International Workshop on High Perfomance Concrete, American Concrete Institute, pp. 31-44, Detroit.
• Ouchi, M., Hibino, M., Ozawa, K. & Okamura, H., (1998), “A rational mix-design method for mortar in self-compacting concrete”, Proceedings of Sixth South-East Asia Pacific Conference of Structural Engineering and Construction, pp. 1307-1312, Taiwan.
• Nawa, T., Izumi, T. & Edamatsu, Y., (1998), “State-of-the-art report on materials and design of self-compacting concrete”, Proceedings of International Workshop on Self-compacting Concrete, pp. 160-190, Japan.
• Domone, P., Chai, H. & Jin, j., (1999), “Optimum mix proportioning of self-compacting concrete”, Proceedings of International Conference on Innovation in Concrete Structures: Design and Construction, pp. 277-285, Dundee.
• Billberg, P., (1999) “Self-compacting concrete for civil engineering strutures – The Swedish Experience”, Swedish Cement and Concrete Research Institute, Stockholm.
• Su, N., Hsu, K-C & Chai, H-W, (2001), “ A simple mix design method for self-compacting Concrete Cement and Concrete Research, pp. 1799-1807.
• Gomes, P.C.C., Gettu, R., Agullo, L., Bernad, C., (2002), “Mixture proportioning of high strength”, Self-Compacting concrete: Perfomance and Quality of concrete structures”, 3º CANMET/ACI., Brazil, pp. 12. • Bennenk ,H. W. & J. Van Schiindel, (2002), “The mix design of SCC,
suitable for the precast concrete industry”, Proceedings of the BIBM congress, Istambul, Turkey.
• Billberg, P., (2002), “Mix design model for SCC (the block criteria)”, Proceedings of the 1º north American conference on the design and use of SCC, Chicago.
2.4.1 - Recomendações de carácter geral
2.4.1.1 - Recomendações do Comité
Técnico 174-SCC da
Rilem
Domone (2001) refere que a experiência de várias aplicações demonstrou que existem variadas proporções da mistura, capazes de originar SCC. No entanto, existem alguns parâmetros chave, que se situam dentro de determinados limites.
Em termos volumétricos, tem-se:
• Volume de agregado grosso entre 30 a 34% do volume de betão. Este valor é significativamente menor que os correspondentes ao betão corrente (40 a 45%);
• Razão água/finos, de 0,8 a 1,2. Misturas com valores acima deste limite geralmente contêm agentes de viscosidade;
• Dosagens de água entre 155 e 175 l/m3, se não forem usados agentes de viscosidade, e entre 175 e 200 l/m3, com o uso de agentes de viscosidade;
• Volume de pasta de 34 a 40% do volume de betão;
• Volume de agregados finos de 40 a 50% do volume da argamassa.
Em termos de massas, os valores anteriores são aproximadamente os seguintes: • Agregado grosso, de 750 a 920 Kg/m3 ; • Agregado fino, de 710 a 900 Kg/m3 ; • Finos, de 450 a 600 Kg/m3 ; • Água, de 150 a 200 Kg/m3 .
Assim, na tabela 1 é apresentado, de uma forma resumida, as recomendações do Comité Técnico 174-SCC da Rilem para obter um SCC.
Parâmetro / Composição Comité técnico 174-SCC Recomendações do da Rilem
Total de finos 450 - 600 Kg/m3 Total de agregado grosso 750 – 920 Kg/m3 Total de agregado fino 710 – 900 Kg/m3 Dosagem de água 155 – 200 Kg/m3 Volume de agregado grosso 30 – 34 % Volume de agregado fino * Razão água/finos em massa * Razão água/finos em volume 0.8 – 1.2 Volume de pasta 34 - 40 % Volume de agregado fino em relação ao
volume de argamassa 40 – 50 %
* Não existe valores recomendados.
Tabela 1 – Recomendações do Comité técnico 174-SCC da Rilem
2.4.1.2 - Recomendações da EPG SCC
A associação europeia de investigação do betão auto-compactável (European Group Project of Self-Compacting Concrete - EPG SCC), que realizou o “The European Guidelines for Self-Compacting Concrete – Specification, Prodution and Use” (2005), sugere uma indicação de valores limite de massa e de volume de cada componente que deve conter a mistura de SCC. Estes valores apresentam-se na tabela 2.
Variação de Massa Variação de Volume Componente (kg/m3) (l/m3) Finos (pó) 380 – 600 * Pasta * 300 - 380 Água 150 – 210 150 - 210 Agregado grosso 750 – 1000 270 - 360 Agregado fino 48% - 55% do peso total do agregado Razão Água/finos * 0.85 - 1.10
* Não existe valores recomendados Tabela 2 – Recomendações da EPG SCC
2.5 - Propriedades do SCC no estado fresco
O desenvolvimento do SCC obrigou a que se idealizassem vários métodos de ensaio para avaliar as propriedades do betão no estado fresco. Estes foram desenvolvidos isoladamente, não existindo ainda, actualmente, normalização específica para este tipo de betão. Seria conveniente harmonizar os ensaios que reúnem consenso na comunidade científica e aperfeiçoar ou estabelecer novos métodos de ensaio, de forma a generalizar o uso de SCC na construção em geral.
As três propriedades essenciais de um SCC, já referidas por várias vezes, capacidade de enchimento, resistência à ocorrência de segregação e capacidade de passagem, devem, em geral, ser sempre avaliadas. No entanto, elas são dependentes entre si, apresentando um maior ou menor grau de relacionamento.
A capacidade de enchimento depende da componente relativa à viscosidade, que por sua vez está bastante relacionada com a resistência à ocorrência de segregação.
O mecanismo relativo à capacidade de passagem é bastante complexo. Como principais factores condicionantes, podemos referir: a granulometria dos agregados, a deformabilidade e resistência à segregação do betão e as condições de fronteira das estruturas onde o betão é colocado.
Devido à relação existente entre as três propriedades base, não é possível a determinação das mesmas isoladamente.
2.5.1 - Principais ensaios ao betão fresco
2.5.1.1 - Ensaio de espalhamento (Slump flow test)
Este é o método mais conhecido para avaliar as propriedades do SCC, devendo-se ao facto do equipamento necessário e do procedimento de ensaio, ser muito simples.
Este método de ensaio permite a avaliação da deformabilidade do SCC fresco a partir da observação da velocidade de deformação e diâmetro de espalhamento de uma amostra deformada por acção do peso próprio.
Para realizar este ensaio, é necessário dispor de um cone de Abrams; uma placa/superfície plana, não absorvente e rígida; uma fita métrica e um cronómetro.
O procedimento adoptado é o seguinte: humedece-se o interior do cone e a superfície da placa de espalhamento, passando com um pano húmido; coloca-se a placa sobre uma superfície firme, plana e nivelada; e posiciona-se o cone no centro da mesma. Logo após o final da amassadura, enche-se o cone de uma vez, sem qualquer tipo de compactação, nivela-se o betão no topo do cone e, em seguida, levanta-se de forma cuidadosa e contínua o cone na direcção vertical. No final do movimento do betão, mede-se o diâmetro aparentemente máximo da área de espalhamento do betão e o diâmetro perpendicular a este (Fig. 6). Para o valor do diâmetro de espalhamento da amostra de betão testada toma-se a média dos dois diâmetros registados. O tempo que o betão demora a atingir o diâmetro de 500 mm (T50, segundos) é medido com um cronómetro desde o inicio do levantamento do cone até o diâmetro máximo da área de betão atingir a circunferência dos 500mm. O tempo final de escoamento (T segundos) é medido com um cronómetro desde o início do levantamento do cone até ao final do movimento da amostra de betão.
,
final
Este ensaio traduz a capacidade de enchimento. A resistência à ocorrência de segregação pode, até um certo grau, ser também visualmente examinada. A capacidade de passagem não é avaliada.
O tempo para atingir os 500 mm, ou o tempo final de espalhamento, é normalmente utilizado para avaliar a viscosidade. O tempo final de espalhamento é mais afectado pelo valor do espalhamento e é mais difícil de se determinar do que o tempo em que atinge os 500 mm. Assim, o tempo em que atinge os 500 mm é mais indicado para avaliar a viscosidade, apesar de este valor também ser afectado pelo valor do espalhamento. Por exemplo, para misturas com viscosidades iguais, observa-se um valor mais reduzido do tempo em que se atinge os 500 mm, nas misturas com maior espalhamento. Desta maneira, o tempo em que atinge os 500 mm não representa, por si só, a viscosidade do betão fresco. Só em misturas que apresentam valores idênticos de espalhamento é que esse indicador pode ser aceite com um grau de correlação bastante significativo.
Misturas que apresentam grande deformabilidade e uma baixa viscosidade registam tempos, em que atingem os 500 mm, bastante reduzidos, tornando difícil a realização das leituras.
O ensaio de espalhamento é ainda o método mais fácil de avaliar a resistência à ocorrência de segregação. A avaliação visual pode, desde logo, fornecer indicações sobre a homogeneidade do betão. Nas misturas em que a resistência à ocorrência de segregação não é suficiente, existe uma tendência dos agregados grossos, em ficar próximos do centro, ao mesmo tempo que no bordo do espalhamento se pode verificar uma separação da pasta ou da argamassa do resto dos agregados. Apesar disto, a observação visual não é, em geral, suficiente para avaliar correctamente a resistência à ocorrência de segregação de um betão.
2.5.1.2 - Ensaio de escoamento (V-funnel test)
Este ensaio, também referido como ensaio de fluidez, permite avaliar a capacidade do SCC fresco passar através de pequenas aberturas, o que envolve a viscosidade, através da observação da velocidade de escoamento de uma amostra de betão num funil, por acção do peso próprio.
O equipamento necessário para a realização deste ensaio, consiste num funil, em forma de “V”, com uma pequena abertura na parte inferior e um cronómetro para a medição do tempo.
O procedimento adoptado é o seguinte: humedece-se o interior do funil com um pano húmido; coloca-se o funil numa posição vertical (com a parte superior horizontal) numa superfície plana, nivelada e firme; posiciona-se um recipiente para receber o betão e fecha-se a comporta inferior. Depois, enche-se completamente o funil com uma amostra representativa do betão de forma contínua e sem qualquer tipo de vibração. Nivela-se o betão na parte superior. Em seguida, abre-se a comporta e inicia-se a contagem de tempo, simultaneamente. Observando o movimento pela parte superior pára-se a contagem do tempo logo que aparece a claridade na abertura inferior, olhando de cima para baixo pela parte superior do funil (Fig 7).
t R R
Fig. 7 – Ensaio de Fluidez do betão
As principais informações que se obtêm com este ensaio são o tempo de fluidez, (em segundos) ou a velocidade relativa, . Em que , é calculado a partir do tempo de fluidez pela seguinte expressão:
c c
t
O significado desses valores depende da quantidade e da máxima dimensão do agregado grosso. Nos casos em que a quantidade e a máxima dimensão do agregado grosso são suficientemente pequenos em relação à abertura do funil, considera-se que as colisões e as interacções entre os agregados grossos são negligenciáveis durante o ensaio de determinação da fluidez do betão. Nessas condições, o tempo de escoamento pode representar a viscosidade da mistura. No entanto, o tempo de fluidez também é afectado pela deformabilidade do betão. Um betão com um grande espalhamento tende a apresentar um tempo de fluidez curto, mesmo se comparado com misturas de igual viscosidade. Assim, o tempo de fluidez não deve ser utilizado como representação da viscosidade da mistura, independentemente da deformabilidade da mesma. Pode-se, em termos relativos, avaliar a viscosidade, apenas para valores constantes do ensaio de espalhamento. Nessas situações, um tempo de fluidez maior representa uma maior viscosidade, o que está relacionado com uma melhor resistência à ocorrência de segregação.
Nos casos em que a quantidade e o tamanho dos agregados grossos possam ser considerados grandes em relação ao tamanho da abertura do funil, existe uma colisão e interacção entre as partículas grossas, que dominam as características de viscosidade desses betões. Nessas condições o ensaio de determinação da fluidez é bastante útil para avaliar a capacidade de passagem desse betão. Para este tipo de misturas, uma menor viscosidade, pode ocasionalmente resultar num maior tempo de fluidez, devido à grande interacção das partículas grossas. Por outras palavras, o ensaio de escoamento não avalia só a fluidez, mas também a capacidade de passagem.
A viscosidade da mistura, quando esta apresenta uma elevada dosagem de agregados grossos, condiciona bastante o comportamento neste ensaio. Uma viscosidade alta resulta num tempo de escoamento alto, enquanto que uma viscosidade baixa, pode também resultar num tempo de escoamento alto, se ocorrer algum efeito de bloqueio. Nestes casos é aconselhável uma viscosidade moderada.
2.5.1.3 - Ensaio na caixa L (L-box test)
Este método permite avaliar a auto-compactibilidade do SCC fresco. Com uma caixa em forma de L é possível avaliar diferentes propriedades, tais como, a capacidade de enchimento, resistência ao bloqueio e resistência à segregação.
O equipamento necessário para a realização deste ensaio, consiste na caixa em forma de L, ver Fig. 8, um cronómetro para a medição do tempo e uma fita métrica.
Comporta
3 Varões de 12mm afastados de 34mm
Fig. 8 – Ensaio na Caixa L
Para este ensaio o procedimento a utilizar é o seguinte: monta-se a caixa com os varões de obstáculo e a comporta fechada; humedecem-se as suas paredes interiores; enche-se a parte vertical da caixa com betão sem qualquer compactação, e deixa-se repousar durante 60 segundos. Este tempo de espera permite avaliar a estabilidade da amostra (segregação). Em seguida, abre-se a comporta vertical e deixa-se o betão fluir da parte vertical para a horizontal atravessando os varões verticais. Após a remoção da comporta é possível medir o tempo que o betão demora a percorrer 200mm, e regista-se T20 (segundos), e o tempo que o betão demora a percorrer 400mm, e regista-se T40 (segundos). No final, depois de cessar o movimento, mede-se as alturas H1 e H2, em mm, e calcula-se H2/H1. Um dos critérios de aceitação propostos é H2/H1 0.8. ≥
O ensaio na caixa L avalia a capacidade de deformação numa dimensão, em condições de escoamento restritas. No entanto, nos casos em que o betão apresenta uma forte tendência para segregar e/ou a quantidade de agregado grosso na mistura é relativamente grande, é possível que ocorra algum bloqueio na passagem pelos obstáculos. Nestes casos, os resultados obtidos não se relacionam com os valores obtidos no ensaio de espalhamento.
Os ensaios realizados com a caixa L, equipada com os obstáculos simulando as armaduras, avaliam de modo bastante eficaz a capacidade que o betão apresenta em escoar por espaços reduzidos. Uma grande descida do betão indica uma boa capacidade de passagem.
A medição dos tempos em que o betão atinge determinadas distâncias (normalmente 200 e 400 mm) é útil para avaliar a capacidade de deformação. A razão entre as diferentes alturas, depois e antes da colocação do obstáculo, designada por coeficiente de bloqueio, é utilizada na avaliação da capacidade de passagem do betão por espaços estreitos, o que inclui a capacidade de deformação e a tendência ou não de bloqueio dessa mistura.
2.5.1.4 - Outros ensaios ao betão fresco
Diversos autores desenvolveram e adaptaram outros tipos de ensaios ao betão fresco. Devido ao facto de não terem sido utilizados no presente trabalho, os mesmos apenas são referidos para informação.
Exemplos de outros ensaios ao betão fresco são referidos de seguida:
• Ensaio na caixa U (U-box test), destinado a avaliar a capacidade de passagem do betão por espaços estreitos, quando sujeito a uma determinada pressão. Reflecte, principalmente, a deformabilidade e a resistência à formação de bloqueio[RILEM, (2001)];
• Ensaios “Filling Vessel”, destinado a avaliar simultaneamente a capacidade de passagem em espaços estrangulados e a capacidade de auto-nivelação;
• Reómetros, destinados a avaliar a coesão e a viscosidade plástica. [Wallevik &Nielsson, (1998)];
• Ensaio de determinação do assentamento do betão fresco, destinado a avaliar a estabilidade da mistura em termos dimensionais até ao endurecimento da mesma [RILEM, (2001)];
• Ensaio “Orimet”, destinado a avaliar a capacidade de escoamento [Bartos, (1998)];
• Ensaio do anel, desenvolvido no Japão, destina-se a avaliar o possível bloqueio do betão, em condições de escoamento dinâmicas [Bartos, (1998)];
• Ensaio de Penetração no betão fresco, destina-se a avaliar a resistência à ocorrência de segregação. É de fácil e rápida execução, deve ser executado em conjunto com outros ensaios capazes de avaliar a deformabilidade e a capacidade de passagem [Van et al, (1998)];
• Ensaio na coluna de segregação, destinado a avaliar a resistência à ocorrência de segregação [Rooney e Bartos, (2001)].
2.6 - Propriedades do SCC no estado endurecido
Em relação às propriedades do SCC no estado endurecido, pode-se citar (Klug; Holschemacher, 2003; Skarendalh, 2003):
• Microestrutura: homogénea, devido ao uso de grande quantidade de finos, que vão proporcionar uma boa distribuição granulométrica dos sólidos aumentando o acondicionamento das partículas, promover o aumento da retenção de água, favorecer o processo de hidratação do cimento, e aumentar a densidade da zona interfacial de transição entre a pasta e os agregados.
• Resistência à compressão: melhor em relação ao betão corrente de mesma relação água/cimento, sendo favorecida pelas baixas relações água/finos, e pelo emprego de superplastificantes.
• Módulo de elasticidade: tende a sofrer uma redução pois é muito influenciado pelo módulo de elasticidade de cada material, especialmente dos agregados, que no SCC são empregados em menor quantidade.
• Aderência: pode ser melhor ou igual á do betão corrente, sendo favorecida pela baixa tendência de segregação e pela melhor retenção de água do SCC, mas ainda não está completamente compreendida.
• Durabilidade: Devido ao melhoramento promovido na microestrutura do betão, espera-se que o SCC apresente boas características de durabilidade.
2.6.1 - Principais ensaios ao betão endurecido
• Ensaio de verificação da ocorrência de segregação, no estado endurecido, por visualização do agregado grosso, este método permite verificar a distribuição dos agregados grossos no enchimento de colunas, o qual pode também ser utilizado para averiguar qual o comportamento de um determinado SCC quando colocado a diferentes alturas de queda [Khayat, K., (1998)];
• Ensaios em caixas U de maiores dimensões tendo, parcialmente, no interior da caixa, uma armadura longitudinal e respectivos estribos, destina-se a avaliar a capacidade de enchimento e observar a capacidade de passagem. Posteriormente ao enchimento da caixa, são retiradas várias carotes, permitindo a execução dos ensaios de determinação da resistência à compressão, absorção de água por capilaridade e resistência à penetração dos cloretos [Nunes, (2001 a)];
• Ensaios em caixas U de maiores dimensões e com 3 obstáculos sucessivos, constituidos por 3 varões cada, destina-se a avaliar a capacidade de enchimento, observar a capacidade de passagem e a resistência à ocorrência de segregação pela avaliação de várias propriedades das carotes posteriormente retiradas [Ribeiro e Gonçalves, (2001)];
2.7 - Classificação da Consistência
Segundo a Associação Europeia de Investigação do Betão Auto-Compactável (European Group Project of Self-Compacting Concrete – EPG SCC), que realizou o “The European Guidelines for Self-Compacting Concrete – Specification, Prodution and Use” (2005), os principais ensaios ao betão fresco são classificados de acordo com as tabelas 3, 4, 5 e 6.
Espalhamento (Slump-flow) Classes (mm) SF1 550 a 650 SF2 660 a 750 SF3 760 a 850
Tabela 3 – Classes de Espalhamento
T500 Tempo (V-funnel) Classe (s) (s) VS1/VF1 VS2/VF2 9 a 25
8
≤
2
≤
2
>
Tabela 4 – Classes de escoamento
Classe Capacidade de Passagem (L-box) H2/H1
PA1 com 2 barras PA2 com 3 barras
80
,
0
≥
80
,
0
≥
Classe Resistência à segregação ( * ) (%) SR1 SR2
20
≤
15
≤
* Ver Anexo B.4 do documento da EPG SCC, 2005Tabela 6 - Classes de resistência à segregação
2.8 – Aplicações do SCC
As características do SCC fazem com que o seu campo de aplicação consista especialmente em zonas onde há dificuldade de compactar. De entre as principais estruturas que se enquadram neste aspecto podem ser citados os elementos estruturais de formas complexas, de alta densidade de armadura ou zonas de difícil acesso do betão. A aplicação do SCC também pode ser muito viável em obras muito grandes, aumentando a velocidade de construção, ou ainda quando é necessária uma redução no ruído nas zonas urbanas (Melo, 2005)
Em geral, o SCC pode ser aplicado em (Nunes,2001 ; Okamura ; Ouchi, 2003a) :
• Elementos de construção vertical (paredes estruturais ou não, pilares, etc.);
• Regiões de elevado risco sísmico;
• Trabalhos de reabilitação em áreas de difícil acesso e secções congestionadas;
• Indústria de pré-fabricados;
• SCC reforçado com fibras de aço, como é o caso dos elementos de fundação, muros e lajes;
• Pontes (ancoragens, arcos, vigas, torres, juntas);
• Barragens;
• Paredes de diafragma;
• Tanques.
A figura 9, representa exemplos de aplicações nos elementos estruturais em relação às classes de consistência.
Lajes Rampas
Estr. Altas Esbeltas Paredes
Fig. 9 – Faixas de aplicação do SCC em relação às classes de consistência (Walraven, 2003)
2.9 – Orientações para solucionar problemas num SCC
A especificação da European Federation of National Trade Associations Representing Producers and Applicators of Specialist Building Products (EFNARC), entidade Europeia, com sede no Reino Unido, descreve as causas do não cumprimento dos requisitos especificados nos ensaios do betão fresco. Nas tabelas 7 e 8, é apresentado uma lista das possíveis causas do incumprimento das exigências destes ensaios.
Quando um ensaio apresenta resultados fora dos limites pode ser devido a vários motivos. A possibilidade da causa pode averiguar-se com maior certeza, comprovando o valor com os outros métodos de ensaio e verificando
subjectivamente as características de trabalhabilidade. Desde modo, pode descobrir-se a melhor medida para resolver um problema. A tabela 9 oferece uma lista de possíveis correcções e efeitos que podem produzir no betão. É evidente que esses efeitos dependerão do alcance da medida e da composição e trabalhabilidade real da mistura do betão. Todas as acções podem ter efeitos positivos e negativos nas diferentes características do betão.
O uso de um agente de viscosidade pode eliminar, em certa medida, algumas dessas variações.
Ensaio Unid Resultado inferior a Causa possível
A Viscosidade elevada 1 Espalhamento mm 650
C Tensão de corte elevada 2 EspalhamentoT500 s 2 B Viscosidade baixa 4 V-funnel s 6 B Viscosidade baixa
A Viscosidade elevada C Tensão de corte elevada 6 Caixa em L (h2/h1) -- 0,8
F Bloqueio
Tabela 7 – Localização de falhas em caso de resultados demasiados baixos, (EFNARC, 2002)
Ensaio Unid Resultado superior a Causa possível
B Viscosidade baixa 1 Espalhamento mm 750
D Segregação
B Viscosidade elevada 2 EspalhamentoT500 s 5
C Tensão de corte elevada A Viscosidade alta
C Tensão de corte elevada 4 V-funnel s 12
F Bloqueio 6 Caixa em L (h2/h1) -- 1 G Resultado falso
Efeito em: Acção possível Capacidade de
enchimento Capacidade de passagem Resistência à segregação Resistência
mecânica Retracção Fluência a Viscosidade elevada
a1 Aumento da
quantidade de água + + - - - -
a2 Aumento do volume da pasta + + + + - -
a3 superplastificante Aumento do + + - + 0 0
b Viscosidade baixa
b1 quantidade de água Redução da - - + + + +
b2 Redução do volume da pasta - - - - + +
b3 superplastificante Redução do - - + - 0 0
b4 Aumento do agente de viscosidade - - + o 0 0
b5 Uso de pó mais fino + + + o - -
b6 Uso de areia mais fina + + + o - 0
c Tensão de corte elevada
c1 quantidade da água Aumento da + + - + 0 0
c2 Aumento do volume da pasta + + + + - -
c3 Aumento do
superplastificante + + + + - -
d Segregação
d1 Aumento do volume
da pasta + + + + - -
d2 Aumento do volume da argamassa + + + + - -
d3 quantidade da água Redução da - - + + + +
d4 Uso de pó mais fino + + + 0 - -
f Bloqueio
f1 Redução da máxima dimensão do agregado fino
+ + + - - -
f2 Aumento do volume da pasta + + + + - -
f3 Aumento do volume da argamassa + + + + - -
g Resultado falso
Condições de
comprovação n.p. n.p. n.p. n.p. n.p. n.p.
Tabela 9 – Possíveis medidas de correcção a partir das falhas identificadas, (EFNARC, 2002)
Legenda:
+ Oferece um melhor resultado para o betão 0 Não tem um resultado significativo - Oferece um pior resultado para o betão n.p. Não procede
