Materiais de Construção I

Materiais de Construção I

Componentes do Betão

Inertes: •Classificação

• Caracterização e propriedades fundamentais

• Impurezas contidas no inerte

• Armazenamento e medição dos inertes.

Determinações necessárias dos inertes para o cálculo da composição do betão:

• Massa volúmica

• Porosidade e absorção

• Humidade

• Baridade e volume de vazios

2

3

Os inertes para betões são materiais granulados, constituídos por

partículas de rochas, naturais ou artificiais, com dimensões que variam

geralmente entre cerca de 20 cm e 0,10 mm. Dispersos pela pasta de

cimento, constituem no betão o seu

―esqueleto‖

perfazendo 70 a 80% do

seu volume.

O seu emprego deve-se a razões técnicas e económicas, mas é necessário

tomar em conta que as características do inerte afectam profundamente o

comportamento do betão.

Classificação

Os inertes podem ser agrupados de diferentes maneiras conforme o ponto de vista considerado:

•Petrográfico;de acordo com a rocha de origem:

 Ígneos

 Sedimentares

 Metamórficos • Obtenção;

 Rolados (naturais ou provenientes da erosão, sedimentação e depósitos das rochas originárias);

 Britados (artificiais ou por fracturas de rochas). • Dimensões:

 Inerte Grosso ou Pedra (Ø ≥ 4,76 mm), pode ser rolado (godo e seixo ou calhau) ou britado (Brita);

 Inerte Fino ou Areia (Ø < 4,76 mm), também rolado (caso comum) ou britado (pó de pedra).

• Massa Volúmica:

 Inerte Leve (Mv < 2,3 g/cm3_);

 Inerte Normal (2,3 g/cm3_{≤ Mv ≤ 3,0 g/cm}3_);

5

Rochas Ígneas

6

7

Rochas Metamórficas

9 Poliestireno Expandido

Perlite Expandida

10 Pedra Pomes

11 Magnetite

Barita Limonite

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Em qualquer caso, as propriedades que hoje se exigem dos inertes

são essencialmente de natureza geométrica, física e química,

designadamente:

•

Forma adequada e dimensões proporcionadas;

•

Adequada resistência às forças e às acções mecânicas;

•

Adequadas propriedades térmicas;

•

Adequadas propriedades químicas (relativamente aos outros

componentes do betão e às acções exteriores);

•

Isenção de substâncias prejudiciais.

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Caracterização e propriedades fundamentais

Forma das Partículas

A forma das partículas influi muito sobre as propriedades do betão, tais como a

trabalhabilidade, ângulo de atrito interno, compacidade e, em última análise, sobre todas

de que depende a quantidade de água de amassadura.

O método mais apropriado para medir a forma é baseado na esfericidade ou coeficiente volumétrico, γ, quociente do volume da partícula, V, pelo volume da esfera de diâmetro igual à maior dimensão, N, da partícula:

3 3

N

V

1,91

6

N

π

V









Ex.: γ = 0,50 (ovo); γ = 0,37 (cubo); γ = 0,07 (achatada) e γ = 0,01 (alongada).

achatada ou laminar (espessura/largura < 0,50) e alongada ou acicular (comprimento/largura > 1,50).

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O inerte excepcionalmente bom tem um coeficiente superior a 0,4 sendo bons os inertes com coeficientes entre 0,3 a 0,4.

Limites mínimos (NP): 0,12 para inerte rolado e 0,15 para inerte britado.

Paquímetro

Escala das rochas

Para medir a forma das partículas podem seguir-se dois (2) processos:

 fazer medições geométricas sobre cada uma das partículas;

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Resistência Mecânica

A composição granulométrica, a tensão de rotura e a resistência da ligação com a pasta

de cimentoe superfície influem em todas as propriedades do betão, especialmente na sua

resistência.

À medida que cresce a dosagem de cimento de um betão a sua tensão de rotura tende para um valor constante, que depende da tensão de rotura da rocha que constitui o inerte (limite mínimo fixado em 60 a 70 MPa). A partir daí a resistência do betão só dependerá da resistência da pasta de cimento.

Ensaios para avaliação da resistência do inerte:

• Determinação da tensão de rotura da rocha originária;

• Ensaios de compressão confinada ou ensaio de esmagamento – aceitável para máximo 45% de resistência ao esmagamento;

• Ensaios sobre partículas individuais;

• Ensaios comparativos sobre betões.

Para avaliação da resistência do inerte também se usam os ensaios de abrasão e desgaste:

• Ensaio de Dorry (sobre a rocha originária - abrasão);

• Ensaio de Deval (sobre o próprio inerte - desgaste);

• Ensaio de Los Angeles (abrasão e desgaste) – admite-se uma perda máxima de 50% do peso do inerte para betão.

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19

Máquina de Desgaste de Los Angeles

Propriedades térmicas

As principais propriedades térmicas que interessa considerar são:

1) O coeficiente de dilatação térmica; 2) O calor específico;

3) O coeficiente de condutibilidade térmica.

O coeficiente de dilatação térmica do inerte, sobretudo o de maiores dimensões, pode ser muito diferente do da pasta de cimento, então, uma grande variação da temperatura pode introduzir diferença apreciável nas dimensões relativas do inerte e da pasta de cimento, donde resulta a rotura de ligação entre estes.

A temperatura deve estar entre 4 a 60 ºC e a diferença entre os dois coeficientes deve ser no máximo igual a 5x10-6º_C-1_.

O calor específico e o coeficiente de condutibilidade térmica são importantes no betão maciço, ou nas estruturas em que se exigem certos isolamentos térmicos. Os calores específicos são muito menos variáveis e situam-se quase todos em cerca de 0,20 cal g-1 _ºC-1_.

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Propriedades químicas

A composição química e mineralógica dos inertes (impurezas incluídas) poderão potenciar reacções prejudiciais no seio do betão.

Relativamente às reacções químicas entre o cimento e o inerte, quando acompanhadas de expansão, poderão comprometer a coesão do conjunto.

Os tipos de reacções mais correntes são:

• Reacção, em meio húmido, entre os álcalis do cimento (sódio e potássio nele existente) e a sílica não perfeitamente cristalizada do inerte;

• Reacção dos álcalis do cimento com carbonato de magnésio de certos calcários dolomíticos;

• Reacção de determinadas formas de alumina com sulfatos em presença de soluções sobresaturadas de hidróxido de cálcio fornecidas pela hidratação do cimento.

Por outro lado, há outros minerais cuja presença é normalmente indesejável, como sulfuretos, gesso, óxidos de ferro, feldspatos alterados (caulinizados), minerais argilosos, etc..

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23

Impurezas contidas nos inertes

É natural existirem partículas com propriedades por vezes perniciosas para o betão; também, dadas as condições da sua formação, pode estar contaminado com outras substâncias estranhas.

As impurezas que o inerte contém podem interferir química ou físicamente, podendo salientar:

Acção química:

• Partículas que dão origem a reacções químicas expansivas com o cimento (referidas atrás);

• Impurezas de origem orgânica (húmus ou lodo orgânico resultante da decomposição parcial, pelos micróbios do solo, dos detritos vegetais e animais, ou por apodrecimento de substâncias orgânicas, como a madeira, etc.);

• Impurezas de origem mineral (sais) com destaque para os sulfatos, sulfuretos e cloretos.

Acção Física:

• Partículas Finas (dimensões inferiores ou iguais às do cimento, que interferem na estrutura do material hidratado, enfraquecendo-o);

• Partícula friáveis ou com resistência baixa (lenhina, carvão, madeira, grumos de argila, xistos, conchas, etc.);

• Partículas com expansões ou contracções excessivas devidas às alternativas de embebição e secagem.

Armazenamento e

25 Armazenamento e medição dos inertes

Os cuidados a ter com o armazenamento dos inertes e a medição correcta das quantidades a introduzir na betoneira aquando do fabrico do betão são operações condicionantes da garantia da qualidade dos materiais.

Pretendendo-se que os inertes sejam homogéneos, há que:

• Evitar a segregação;

• Evitar a contaminação com substâncias estranhas;

• Evitar a rotura das partículas de modo a não alterar a granulometria;

• Uniformizar a humidade.

Quanto a medição, ela deve fazer-se preferencialmente em peso (obrigatório para betões de alta qualidade), devendo-se respeitar a precisão de ±3% da quantidade requerida, quer para os inertes quer para o cimento, água e adjuvantes.

A precisão mínima do equipamento de medição é também expressa e corresponde a um erro de no máximo 1% da medida.

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Determinações necessárias

27

Para a determinação das quantidades dos componentes,

em peso por unidade de volume do betão, é necessário

conhecer ainda outras propriedades do inerte que não

são parâmetros de qualidade.

Essas características são:

• Massa volúmica

• Absorção Partículas individuais

• Humidade

• Baridade Sistema de partículas (Granular)

• Granulometria

Massa volúmica

29 Massa Volúmica

É a relação entre a massa de um corpo e o seu volume.

Aplicada ao inerte refere-se à massa volúmica das partículas individuais, e não a massa agregada em conjunto.

O inerte para composição do betão não deve estar seco, pois nesta condição os poros em contacto com o exterior, por meio dos capilares, absorverão parte da água da pasta de cimento, que desta não contribuirá para as reacções de hidratação, alterando ao mesmo tempo a trabalhabilidade.

Para que o inerte não aumente nem absorva a água da amassadura, deve estar saturado de água com a sua superfície seca (sem água na sua superfície).

Método de determinação:

1º) A amostra do inerte é mergulhada na água por 24 horas, saturada

2º) Retiram-se da água e secam-se as superfícies, uma a uma, enxugando-se com pano seco. Determina-se a sua massa, p₁

3º) Colocam-se, logo em seguida, num recipiente cilíndrico de rede de arame de malha inferior a 5 mm com cerca de 20 cm de altura, determinando-se a massa da amostra do inerte saturado dentro da água, p2

4º) O inerte é depois seco em estufa, a 105 o_{C, até a massa constante, p} 3. 30 2 1 1

p

p

p



p

p

p



p

p

p



A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é:

A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é:

A massa volúmica das partículas secas é:

A massa volúmica do material impermeável das partículas é:

O método anterior não é aplicável para areia, recorre-se então a outro:

1º) A amostra da areia é saturada por imersão em água, em camada delgada e agitação frequente para desprender as bolhas

31 2 1 1 1

m

m

p

p





m

m

p

p





m

m

p

p





A massa volúmica das partículas saturadas com superfície seca é:

secas é:

A massa volúmica do material impermeável das partículas é:

Em resumo, o volume do inerte que há necessidade de usar na tecnologia do betão é:

Em resumo, o volume do inerte que há necessidade de usar na tecnologia do betão é: onde:

δi - a massa volumica do inerte saturado com superfície seca

(em kg/m3₎

Pi - a massa do inerte saturado com superficie seca.

onde:

p1 — massa da amostra saturada com superfície seca p3 — massa da amostra seca a 105 ºC até massa constante m1 – massa do frasco cheio de água

m2 – massa do frasco com amostra saturada e cheio de água

Massa Volumica do Material impermeavel de rochas

Rocha Massa Volúmica (g/cm3₎

Média Intervalo de Variação Basalto 2.80 2.6 – 3.0 Granito 2.67 2.5 – 3.0 Calcario 2.66 2.5 – 2.8 Quartzite 2.62 2.6 – 2.7

Gres 2.50 2.0 – 2.6

Areia siliciosa e godo

33

Absorção

(%)

34

Absorção

A absorção de água do inerte é determinada a partir da diminuição da massa duma amostra de inerte saturado de água (superfície seca), seca em estufa a 105 o_{C até massa}

constante, p1-p3.

A relação entre a perda de massa determinada nestas condições e a massa da amostra seca, p3, em %, é chamada absorção, A,

100

3 3 1







p

p

p

A

35

Humidade

(%)

Humidade

A água aderente à superfície é expressa em percentagem da massa do inerte saturado com superfície seca, e é chamada humidade.

O teor total da água do inerte é igual à soma da absorção com a humidade.

A humidade superficial ou livre (isto é, a que excede a aprisionada pelo inerte no seu interior) deve ser considerada no cálculo das quantidades dos componentes sólidos e líquidos da amassadura. Como varia de ponto para ponto do depósito, deve ser determinada durante o fabrico do betão.

37 Usando o picnómetro, sendo:

δi– a massa volúmica do inerte saturado com superfície seca;

p1 – a massa da amostra húmida;

p2 – a massa do picnómetro cheio de água;

p3 – a massa do picnómetro com a amostra e cheio de água,

o teor de humidade é:

100

1

1



























 







p

p

p

H





O ensaio é lento e requer grande cuidado na execução, pois todo o ar deve ser expelido da amostra.

38

39 No volumétrico de Chapman, uma certa massa (500g), de inerte húmido é introduzida dentro de um volume de água (200 cm3). A leitura do nível da água (V), no volumétrico permite determinar a humidade:

100

500

200

500

200













V

V

H



41

Baridade

(Kg/l)

42

V

M

B



Baridade

A massa por unidade de volume aparente duma classe de inerte, chama-se baridade e serve para converter massas de inerte em volumes de inerte, e reciprocamente.

Quando se mede um volume de uma classe de inerte é necessário conhecer a massa do volume de inerte que enche uma medida (ou molde) com um volume unitário.

onde

M - massa do inerte contida no molde (g) V - volume do molde

O volume de material sólido na unidade de volume do inerte é:

[Kg/m3_{], o volume de vazios será:}

A baridade depende, evidentemente, do modo como as partículas estão arranjadas no molde, da distribuicao granulometrica, da forma das partículas e da humidade.

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Granulometria

Granulometria