Materiais de Construção I
Inertes para o 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
• Granulometria
2
1.Definição
19:22
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.
3
Rochas Igneas
Ex. Granitos
Basaltos
•Petrográfico:De acordo com a rocha de origem:
Ígneos
Sedimentares
Metamórficos
2.Classificação
4
Rochas Sedimentarias
Ex. Areias, Xistos.
5
Rochas Metamórficas.
Ex. Mármore, Gneisse.
19:22
6 •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);
Inerte Pesado (Mv > 3.0 g/cm3).
19:22
7 • Baridade; é a massa da unidade de volume do inerte contido num recipiente; o quadro seguinte ilustra esta classificação que se apresenta a mais prática:
19:22
8 Poliestireno Expandido
Perlita Expandida
9 Pedra Pomes
Argila Expandida
19:22
10 Magnetite
Barita Limonite
11
3.Caracterização e propriedades
fundamentais
Em qualquer caso, as propriedades que hoje se exigem dos inertes
são essencialmente de natureza geométrica, física e química,
designadamente:
•
Formas adequadas e dimensões proporcionadas;
•
Adequada resistência às forças e às acções mecânicas;
•
Adequadas propriedades térmicas;
•
Adequadas propriedades químicas (relativamente aos ligantes e às
acções exteriores);
•
Isenção de substâncias prejudiciais.
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3. Caracterização e propriedades fundamentais
3.1. 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 a que dependem da quantidade de água de amassadura.
À partícula pode circunscrever uma esfera ou um paralelepípedo rectangular cuja relação entre os seus volumes pode definir diferentes graus de esfericidade ou em outros tipos de formas, como cúbica, achatada ou laminar (espessura/largura < 0.50) e alongada ou acicular (comprimento/largura > 1.50). Uma boa forma de inertes consegue-se definindo 50% máximo de partículas alongadas e achatadas.
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).
13 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).
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.
19:22
14
Specific Caliper
Template for rocks
15
3.2. Resistência Mecânica
O inerte influi em todas as propriedades do betão, e especialmente na sua resistência através da composição granulométrica, da sua própria tensão de rotura e da resistência da ligação entre a pasta de cimento e a sua superfície.
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). Dai 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.
19:22
16 Deval Machine
17 Angeles Abrassion Machine and spheric steel balls
19:22
18
3.3. 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 em massa, ou nas estruturas em que se exigem certos isolamentos térmicos.
O coeficiente de condutibilidade térmica do inerte é muito variável com a natureza da rocha, dependendo bastante, do seu grau de humidade (variam da ardósia 220x10-5 até ao mármore
540x10-5 cal cm-1 s-1oC-1)
Os calores específicos são muito menos variáveis e situam-se quase todos em cerca de 0,20 cal g-1 oC-1.
19
3.4. Propriedades químicas
A composição química e mineralógica dos inertes e a sua reactividade com o ligante, ou com as impurezas existentes no próprio agregado, que poderão potenciar reacções prejudiciais no seio do betão.
Relativamente às reacções químicas entre o cimento e o inerte, há que recear a possibilidade de expansões elevadas que anulam a coesão do material e a formação de substâncias que estão longe de ter propriedades aglomerantes.
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..
19:22
20
3.5. 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 fisicamente, 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.
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4. Armazenamento e medição dos inertes
.
19:22
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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5. Determinações necessárias dos inertes
para o cálculo da composição do betão
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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
servem, geralmente, para apreciação da sua qualidade.
Essas características são:
• Massa volúmica
• Absorção
• Humidade
• Baridade
23 5.1. 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 água da pasta de cimento, não contribuindo para suas 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. 19:22 24 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
25 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 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:
onde:
δi - a massa do inerte saturado com superfície seca (em kg/m3)
Pi - a sua massa.
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
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26
5.2. 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, a 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
33 1
p
p
p
A
A absorção em algumas rochas pode atingir cerca de 40%.
27
5.3. 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.
19:22
28
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.
29
Picnómetro
19:22
30
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.
31
Shapmann Specific Gravity Flask
19:22
32
V
M
B
5.4. Baridade
A massa volúmica refere-se ao volume de uma partícula individual ou, no conjunto do inerte, a soma dos volumes das partículas.
Como, fisicamente, não é possível arranjar as partículas de modo que não haja vazios entre elas, este número não serve para determinar o volume do inerte para uma amassadura.
Quando se mede um volume de uma classe de inerte é necessário conhecer a do volume de inerte que enche uma medida (ou molde) com um volume unitário.
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.
onde
M - massa do inerte contida no molde (g) V- o 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 percentagem que ocorrem as diversas dimensões das partículas e da forma dessas partículas.
[ m3 ]
33
5.5. Granulometria
Chama-se granulometria à distribuição das percentagens das partículas de determinadas dimensões que compõem o inerte.
Sob ponto de vista granulométrico a dimensão de uma partícula é definida pela abertura de uma malha, com forma determinada através da qual ela passa, ficando retida numa malha idêntica de menor abertura.
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Peneiros e suas características
A malha dos peneiros que normalmente se usam pode ser quadrada ou redonda, sendo, geralmente, aplicados os de malha redonda para inertes mais grossos.
Uma dada abertura quadrada (d), multiplicada por 1,25 equivale ao diâmetro da abertura redonda: dØ = 1,25 d.
As aberturas das malhas dos peneiros são normalizadas em diferentes países. A série que se especifica entre nós é a série americana da ASTM (American Society for Testing and Materials).
Para efeitos da análise granulométrica dos inertes destinados ao betão, apenas se usam os peneiros cujas aberturas formam uma série geométrica de razão 2, começando em 0,075 mm –Série Principal.
Para maior precisão na análise de inertes grossos, por vezes, intercalam-se peneiros que se consideram da Série Secundária (de acordo com o quadro a seguir).
35
Pe
dra
A
rei
a
36
Técnica de obtenção de uma análise granulométrica
Os seguintes passos devem ser seguidos para obtenção de uma análise granulométrica:
1º) A amostra deve ser seca (ao ar ou em entufa) para evitar a agregação das partículas finas e a obturação fácil dos peneiros cuja malha é mais apertada.
2º) Para se obterem resultados satisfatórios, comparáveis e fidedignos, é preciso que a amostra seja representativa do conjunto, usando-se o método de esquartelamento ou até mesmo, para a areia, o separador que diminui a dimensão da amostra.
3º) A peneiração pode ser feita à mão, sendo agitado cada peneiro, em separado, até que não passe mais de 1% da massa nele retida ao fim de um (1) minuto. Os movimentos devem ser dados em todas as direcções imprimindo um movimento circular no sentido horário e anti-horário.
4º) Numa tabela são registadas as massas retidas em cada peneiro. A soma dos resíduos nos peneiros deve ser igual, com 1% de tolerância, à massa inicial da amostra.
5º) A partir da tabela determina-se:
• percentagem retida em cada peneiro (% retida)
• percentagem total que fica retida no peneiro (% acumulada)
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Abertura da malha
(mm)
Peso Retido
(g)
%
Retida
%
Acumulada
%
Passada
19,0 (3/4”)
-
-
0
100
9,51 (3/8”)
18,8
1,9
1,9
98,1
4,76 (No 4)
41,9
4,2
6,1
93,9
2,38 (No 8)
195,8
19,6
25,7
74,3
1,19 (No 16)
337,5
33,8
59,5
40,5
0,595 (No 30)
319,4
31,9
91,4
8,6
0,297 (No 50)
75,2
7,5
98,9
1,1
0,149 (No 100)
10,0
1,0
99,9
0,1
Refugo (0,074)
(No 200)
1,4
0,1
-
-
Total
1000,0
100
383,4
Exemplo de uma análise granulométrica:
38
Curva granulométrica
A curva granulométrica é um elemento fundamental para um certo cálculo da composição do betão e é também muito cómodo para apreciar rapidamente a granulometria do inerte e as deficiências que possa ter de partículas de determinada dimensão.
Nas ordenadas ficam marcadas as percentagens passadas através de cada peneiro, graduando-se o eixo de 0 a 100 de baixo para cima em escala aritmética.
Nas abcissas são marcadas as aberturas dos peneiros, geralmente, em escala logarítmica, o que dá no caso de progressão geométrica de razão 2, distâncias iguais de abertura em abertura.
39 Os pontos que representam o resultado da análise são ligados entre si por uma linha contínua, formando a chamada curva granulométrica.
Nota importante:
Uma curva granulométrica da mistura de dois ou mais inertes pode ser obtida facilmente a partir das curvas de cada um deles, basta multiplicar cada ordenada pela percentagem que o inerte entra na mistura e somar as ordenadas correspondentes à mesma abcissa.
As ordenadas correspondentes às partículas com dimensões superiores a um dado peneiro têm o valor 100, e portanto serão multiplicadas pela percentagem do inerte na mistura.
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Cálculo do módulo de finura
O módulo de finura é a soma das percentagens totais que ficam retidas em cada peneiro, da série normal, dividida por 100.
A série normal é a que começa no peneiro de 0,149 mm de abertura (nº 100) e se estende, segundo uma progressão aritmética de razão 2, até a máxima dimensão do inerte.
O módulo de finura representa dimensão média ponderada do peneiro do grupo no qual é retido o material, sendo os peneiros contados a partir do mais fino.
Para o exemplo, o
3
,
83
4
100
4
,
383
mf
significa que a dimensão média é correspondente ao 4º peneiro da série normal (com abertura da malha igual a 1,19 mm).
41
Designação do inerte
O inerte é designado por dois números separados por um traço: D/d.
O primeiro (1º) representando a sua máxima dimensão (D) e o segundo (2º) a mínima dimensão (d).
O inerte pode conter 10% de partículas com dimensão superior a D e 5% de partículas com dimensão inferior d.
42
Amostragem
A amostra principal deve ser constituída por diversas porções retiradas de diferentes locais do depósito, tanto quanto possível da superfície, do centro e do fundo.
A melhor ocasião para proceder à colheita é à entrada para a betoneira, ou à chegada ao estaleiro, durante a descarga do sistema que transportou o inerte, procurando tirar uma porção do início, outra no meio e outra no fim.
43 Produtos Normalizados
Brita: Agregado obtido a partir de rochas compactas que se encontram em depósitos geológicos - jazidas, pelo processo industrial da cominuiçao, ou fragmentação controlada da rocha maciça. Os produtos finais enquadram-se em diversas categorias.
Pedra Britada: Brita produzida em cinco graduações, denominadas, em ordem crescente de diâmetros médios: pedrisco (pd), pedra 1 (p1), pedra 2 (p2), pedra 3 (p3) e pedra 4 (p4).
Pó de pedra: Material mas fino que o pedrisco, graduação não rigorosa é 0/4,8
Areia de brita: Agregado obtido dos finos resultantes da produção da brita, dos quais se retira a fração inferior a 0.15 mm, sua graduação é 0,15 / 4,8
Fíler: Agregado de graduação 0,005 / 0,075
Bica-corrida: Material britado no estado em que se encontra à saída do britador.
Rachão: A NBR-9935 define como rachão “pedra de mao”, de dimensões entre 76 e
250mm
