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/cm3);
5
Rochas Ígneas
6
7
Rochas Metamórficas
9 Poliestireno Expandido Perlite Expandida 10 Pedra Pomes Argila Expandida
11 Magnetite Barita Limonite
Caracterização e
propriedades
fundamentais
13
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.
14
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).
Para uma boa forma de inertes, o máximo de partículas alongadas e achatadas é de 50%
15
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; determinar certas propriedades do seu conjunto (Ex.: permeabilidade, baridade, tempo de escoamento de um dado volume de inerte por um orifício).
17
Resistência Mecânica
A composição granulométrica, a tensão de rotura e a resistência da ligação com a pasta
de cimento e 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.
18
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 5x10-6ºC-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.
O coeficiente de condutibilidade térmica do inerte é muito variável com a natureza da rocha, dependendo bastante, do seu grau de humidade (variam da areia siliciosa 13x10-5 ao quartzo
21
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..
22
Impurezas contidas
no inerte
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
medição dos inertes
.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.
26
Determinações necessárias
dos inertes para o cálculo
da composição do betão
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 oC, até a massa constante, p 3. 30 2 1 1
p
p
p
2 1 3p
p
p
2 3 3p
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
2º) Seca-se a superfície das partículas dispondo-as em camada pouco espessa sujeitas a aquecimento lento até notar-se uma mudança de cor dessas partículas, determinando-se a massa, p1
31 2 1 1 1
m
m
p
p
2 1 1 3m
m
p
p
2 1 3 3m
m
p
p
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:
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 silicioso
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 oC 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.
Um método muito usado para determinação da humidade é o da determinação da massa volúmica do inerte húmido, conhecendo previamente a massa volúmica do inerte saturado com superfície seca.
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
2 3 1
i ip
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
iO inerte grosso tem sempre menos humidade do que a areia, e geralmente causa muito menos dificuldade do que esta.
41
Baridade
(Kg/l)
42V
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.
43
Granulometria
Granulometria
é a distribuição das percentagens das partículas de determinadas dimensões que compõem o inerte.
