UNIVERSIDADE DO MINHO – ESCOLA DE ENGENHARIA
BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL
METODOLOGIA DE COMPOSIÇÃO
Rui Manuel dos Santos Ferreira
UNIVERSIDADE DO MINHO
ESCOLA DE ENGENHARIA
BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL
METODOLOGIA DE COMPOSIÇÃO
RUI MANUEL DOS SANTOS FERREIRA
ORIENTADOR: PROFESSOR SAID JALALI
DISSERTAÇÃO APRESENTADA À ESCOLA DE ENGENHARIA DO MINHO PARA A
OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL NA ESPECIALIDADE DE
MATERIAIS E REABILITAÇÃO DA CONSTRUÇÃO
GUIMARÃES, JULHO 2001
À Cláudia e ao Diogo
Agradecimentos
Betão auto-compactável - Metodologia de composição i
Agradecimentos
Agradeço ao Professor Said Jalali, meu orientador, todo o apoio, permanente
incentivo e disponibilidade mostrada. Pela capacidade científica, pelas criticas e pelo
diálogo aberto que sempre mantivemos, o meu profundo obrigado.
Ao Eng.º Jorge Lourenço agradeço todo o apoio que me concedeu, toda a paciência,
toda a disponibilidade e a amizade. Agradeço-lhe, também, tudo o que me ensinou a
acerca betões. Obrigado e um grande abraço.
Ao Sr. António Amaral, meu companheiro em todos os ensaios realizados, não posso
deixar de expressar a minha gratidão.
Aos amigos e a todos os colegas de trabalho o meu obrigado.
Aos meus pais como forma do mais profundo agradecimento por tudo o que fizeram
por mim.
À Cláudia agradeço de uma forma muito especial, a compreensão em todos os
momentos difíceis, o incentivo em todas as desmotivações, todo o carinho que me
tem dado, toda a sua paciência e toda a coragem que me transmitiu.
Ao Diogo agradeço as noites bem dormidas e os sorrisos no final do dia. Obrigado
filho.
Agradecimentos
Betão auto-compactável - Metodologia de composição ii
Resumo
Betão auto-compactável - Metodologia de composição iii
Resumo
Um betão cuja colocação e compactação não seja influenciada pela qualificação da
mão de obra ou pelos meios de compactação usados conduz a um produto final de
maior homogeneidade, livre de possíveis variações acidentais e de melhor qualidade.
Com o uso de adições, adjuvantes químicos e uma adequada mistura granulométrica
consegue-se obter um betão que é compactado somente devido ao seu peso próprio,
em qualquer tipo ou forma de cofragem e sem segregação ou agregação, que é
denominado por betão auto-compactável.
A auto-compactação é largamente afectada pelas características dos diversos
materiais componentes assim como as proporções com que estes entram na mistura.
É por isso necessário definir um método racional de composição de betão auto-
compactável. Vários métodos de composição de betão auto-compactável já foram
propostos, no entanto nenhum deles é um método semelhante ao do estudo de
composição de betões normais.
Neste trabalho de investigação propõe-se um método racional de composição de
betões auto-compactáveis, baseado no método das curvas de referência. O método
proposto foi avaliado, e os parâmetros relevantes foram definidos com o estudo de
composições realizadas em laboratório.
Realizaram-se betões auto-compactáveis com materiais correntes no mercado
nacional e realizou-se um estudo comparativo entre o betão auto-compactável e o
betão normal no que diz respeito aos custos dos materiais e mão de obra envolvidos
para diferentes elementos estruturais e classe de resistência.
Resumo
Betão auto-compactável - Metodologia de composição iv
Abstract
Betão auto-compactável - Metodologia de composição v
Abstract
When the placement and compaction of concrete are not influenced by the
qualification of the workmanship and the consolidation means used, the final product
is a concrete of greater homogeneity, free from possible accidental variations and
higher quality. With the use of additions, admixtures and an adequate mix design it
is possible to obtain a concrete that is compacted only due to its own weight, filling
any type of a formwork without segregation or aggregation and is designated as self-
compacting concrete.
The self-compactability is widely affected by the characteristics of the component
materials as well as their proportions. It is therefore necessary to define a rational
method the mix design of self-compacting concrete composition. Some methods of
self-compacting concrete composition already had been proposed, however none of
them are a study of normal concretes composition similar method.
In this investigation work a rational method of self-compacting concretes is
considered, based in the method of the reference curves. The considered method was
evaluated. With the study of compositions carried through in laboratory the
important parameters had been defined.
Self-compacting concretes was accomplished with current materials in the national
market and became fulfilled a comparative study between self-compacting concrete
normal concrete in that it says respect to the costs of the materials and workmanship
involved for different structural elements and resistance class.
Abstract
Betão auto-compactável - Metodologia de composição vi
Índice
Betão auto-compactável - Metodologia de composição vii
Índice
1. Introdução e objectivos 1-1
2. Betão auto-compactável 2-1
2.1 O desenvolvimento do betão auto-compactável 2-3
2.2 O estado actual do betão auto-compactável 2-6
2.2.1 Divulgação do conceito de betão auto-compactável 2-6
2.2.2 Actividades de investigação 2-9
2.3 Materiais e seu efeito na auto-compactação 2-10
2.3.1 Material pulverulento 2-10
2.3.2 Adjuvantes 2-21
2.3.3 Agregados finos 2-30
2.3.4 Agregados grossos 2-32
2.4 Método existente de definição da composição 2-33
2.4.1 Estudo de composição 2-33
2.5 Métodos de avaliação da auto-compactação 2-37
2.6 Aplicações do betão auto-compactável 2-39
3. Proposta de um novo método de composição de betões auto-
compactáveis 3-1
3.1 Introdução 3-3
3.2 Bases da proposta 3-5
3.3 Previsão da compacidade 3-6
3.4 Determinação da quantidade de ligante 3-7
3.5 Dosagem dos adjuvantes 3-8
3.6 Quantificação dos agregados 3-8
3.7 Proposta de uma curva de referência para betões auto-compactáveis 3-14
3.8 Volume de vazios 3-17
Índice
Betão auto-compactável - Metodologia de composição viii
3.9 Água de amassadura 3-18
4. Materiais usados e ensaios realizados 4-1
4.1 Materiais 4-3
4.1.1 Cimento 4-3
4.1.2 Adições 4-5
4.1.3 Agregados 4-5
4.1.4 Água 4-6
4.1.5 Adjuvantes 4-6
4.2 Ensaios realizados para o estudo das pastas 4-7
4.2.1 Pasta de consistência normal 4-7
4.2.2 Cone de Marsh 4-8
4.2.3 Espalhamento em pastas 4-10
4.3 Ensaios realizados para o estudo dos betões 4-11
4.3.1 Slump Flow 4-14
4.3.2 L Box 4-15
4.3.3 Volume de vazios do betão fresco 4-16
4.3.4 Provetes, cura e ensaio de resistência à compressão 4-17
5. Resultados e análise de resultados 5-1
5.1 Ensaios com pastas 5-3
5.1.1 Pasta de consistência normal 5-3
5.1.2 Cone de Marsh 5-9
5.1.3 Espalhamento em pastas 5-13
5.2 Ensaios com betão fresco 5-17
5.2.1 Slump Flow 5-18
5.2.2 L Box 5-22
5.2.3 Volume de vazios do betão fresco 5-24
5.3 Ensaios com betão endurecido 5-26
5.3.1 Resistência à compressão 5-26
5.3.2 Homogeneidade e acabamento das superfícies 5-31
5.3.3 Interface pasta/material granular 5-37
Índice
Betão auto-compactável - Metodologia de composição ix
6. Avaliação do método de composição proposto 6-1
6.1 Previsão da compacidade 6-3
6.2 Quantificação do ligante 6-6
6.3 Dosagem dos adjuvantes 6-9
6.4 Avaliação dos parâmetros F e G 6-10
6.5 Volume de vazios 6-19
6.6 Água de amassadura 6-20
6.7 Outras relações 6-20
7. Comparação económica entre o BAC e o betão normal 7-1
7.1 Custos 7-3
7.1.1 Custo directo de produção 7-3
7.1.2 Custo directo de colocação em obra 7-7
7.1.3 Custo directo de produção e colocação em obra 7-9
8. Conclusões 8-1
8.1 Estudo com pastas 8-3
8.2 Estudo com betões 8-3
8.3 Sugestões para o trabalho futuro 8-5
9. Bibliografia 9-1
Anexo 1 A1-1
Índice
Betão auto-compactável - Metodologia de composição x
Índice de figuras
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xi
Índice de figuras
Figura 2-1 – Modelo de Bingham
Figura 2-2 - Processo de obtenção de um BAC
Figura 2-3 – Decisão da criação da network
Figura 2-4 - Logotipo da rede internacional para Betão Auto-compactável
Figura 2-5 – Relação viscosidade – Parâmetro N – S. específica de Blaine [Nawa et al., 1998]
Figura 2-6 – Relação Coesão – Parâmetro N – S. específica de Blaine [Nawa et al., 1998]
Figura 2-7 – Esquema de ensaio U Box
Figura 2-8 – Relação entre Vw/Vp e a altura de enchimento
Figura 2-9 – Ensaio de Slump Flow
Figura 2-10 – Classificação dos superplastificantes
Figura 2-11 – Mecanismo de dispersão das partículas de cimento devido à utilização de superplastificantes. a) baseado na repulsão electrostática ; b) baseado na repulsão estérica
Figura 2-12 – Ensaio de espalhamento [Ouchi, 1998]
Figura 2-13 – Ensaio do funil V [Ouchi, 1998]
Figura 2-14 – Relação entre Γm e Rm com cimento de baixo calor de hidratação [Ouchi et al.,1998]
Figura 2-15 – Relação entre Sp/P e Γm/Rm (MC - cimento de baixo calor de hidratação; BS 4000 - escórias de alto forno com superfície Blaine 4000cm 2/g; FA - cinzas volantes; SP - superplastificante do tipo A e B) [Okamura et al., 2000]
Figura 2-16 – Relação entre Γm e Rm com cimento de baixo calor de hidratação [Okamura et al., 2000]
Figura 2-17 - Relação entre Γm e Rm e correspondente relação entre A e Vw/Vp [Okamura et al.,2000]
Figura 2-18 – Relação entre Vw/Vp e A= Rm/Γm0.4 (MC - cimento de baixo calor de hidratação; BS 4000 - escórias de alto forno com superfície Blaine 4000cm 2/g; FA - cinzas volantes; SP - superplastificante do tipo A e B) [Okamura et al., 2000]
Figura 2-19 – Relação entre Vs/Vm e a altura de enchimento do betão na U Box
Figura 2-20 – Volume de agregados grossos vs. capacidade do betão fluir através das armaduras
Figura 2-21 – Método de estudo de composição proposto por Okamura.
Figura 2-22 – Ensaio de L Box [Petersson et al., 1998]
Figura 2-23 – Ensaio U Box [Okamura et al., 2000]
Figura 2-24 – Ponte Akashi-Kaikyo. Ancoragem 4A.
Figura 2-25 - Tanque da Osaka Gas Company [Ouchi, 1998a]
Índice de figuras
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xii
Figura 3-1 – Fluxograma do processo de composições de betões [Lourenço, 1995]
Figura 3-2 – Curvas de referência, p(d) e p’(d), de Bolomey
Figura 3-3 - Curvas de referência, p(d), de Faury
Figura 3-4 – Curva de referência proposta para betões auto -compactáveis, p(d) e p’(d)
Figura 4-1 – Curvas granulométricas dos agregados
Figura 4-2 – Misturadora e sonda de consistência
Figura 4-3 – Cone de Marsh
Figura 4-4 – Molde tronco cónico do ensaio de espalhamento
Figura 4-5 – Misturadora de eixo vertical
Figura 4-6 – Ensaio de Slump Flow
Figura 4-7 – Ensaio de L Box. a) adaptado de [Petersson et al., 1998]
Figura 4-8 – Aerómetro para betão
Figura 5-1 – Representação dos resultados dos ensaios de consistência normal. Dosagem de superplastificante SV 3010 [%] vs. (A+Ad)/(C+CV)
Figura 5-2 – Representação dos resultados dos ensaios de consistência normal. Dosagem de superplastificante SV 3000 [%] vs. (A+Ad)/(C+CV)
Figura 5-3 - Representação dos resultados dos ensaios de consistência normal. CV/(C+CV) vs. (A+AD)/(C+CV) com a utilização de superplastificante SV 3010
Figura 5-4 - Representação dos resultados dos ensaios de consistência normal. CV/(C+CV) vs. (A+AD)/(C+CV) com a utilização de superplastificante SV 3000
Figura 5-5 - Representação dos resultados dos ensaios de cone de Marsh. Dosagem de superplastificante SV 3010 [%] vs. Qm [cm3/s]
Figura 5-6 - Representação dos resultados dos ensaios de cone de Marsh. Dosagem de superplastificante SV 3000 [%] vs. Qm [cm3/s]
Figura 5-7 Representação dos resultados dos ensaios de espalhamento em pastas. Dosagem de superplastificante SV 3000 [%] vs. Γm
Figura 5-8 Representação dos resultados dos ensaios de espalhamento em pastas. Dosagem de superplastificante SV 3000 [%] vs. Γm
Figura 5-9 – Ensaio de Slump Flow. Verificação da não e xistência de exsudação
Figura 5-10 – Ensaio de Slump Flow para betões com Dmáx. = 12,7mm
Figura 5-11 – Ensaio de Slump Flow para betões com Dmáx. = 19,1mm
Figura 5-12 – Relação entre a razão volumétrica Grossos/Pó e o Slump Flow
Figura 5-13 – Relação entre o volume da pasta e o Slump Flow
Figura 5-14 – Ensaio de L Box para betões com Dmáx. = 12,7mm
Figura 5-15 – Ensaio de L Box para betões com Dmáx. = 19,1mm
Figura 5-16 – Bloqueio na zona das armaduras patente no betão 19,1-0,16-0,32
Figura 5-17 – Betão vs. Volume de vazios para betões com Dmáx. = 12,7mm
Índice de figuras
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xiii
Figura 5-18 – Betão vs. Volume de vazios para betões com Dmáx. = 19,1mm
Figura 5-19 – Resistência à compressão média em função da idade para betões com Dmáx. = 12,7mm
Figura 5-20 – Resistência à compressão média em função da idade para betões com Dmáx. = 19,1mm
Figura 5-21 – Ajuste dos dados à curva proposta por Jalali
Figura 5-22 – Fotografias dos betões 12,7-0,19-0,30 e 12,7-0,19-0,34 com a idade de 28 dias
Figura 5-23 – Fotografias dos betões 12,7-0,16-0,30 e 12,7-0,16-0,34 com a idade de 28 dias
Figura 5-24 – Fotografias dos betões 19,1-0,19-0,30 e 19,1-0,19-0,32 com a idade de 28 dias
Figura 5-25 – Fotografias dos betões 19,1-0,16-0,30 e 19,1-0,16-0,32 com a idade de 28 dias
Figura 5-26 – Superfície de contacto com a cofragem do BNS3 e do BAC 19,1-0,19-0,32
Figura 5-27 – Superfície de contacto com a cofragem do BNS3 e do BAC 19,1-0,19-0,30
Figura 5-28 – Interface entre a pasta e o material granular no BAC 12,7-0,19-0,30
Figura 5-29 – Interface entre a pasta e o material granular no BAC 19,1-0,19-0,32
Figura 5-30 – Interface entre a pasta e o material granular no BNS3
Figura 5-31 – Interface entre a pasta e o material granular no BNS3
Figura 6-1 – Parâmetro K para Dmáx. = 12,7mm
Figura 6-2 – Parâmetro K para Dmáx. = 19,1mm
Figura 6-3 –Percentagem de cimento mais adições vs. volume de pó
Figura 6-4 – Resistência à compressão vs. quadrado da compacidade da pasta ligante
Figura 6-5 – Resistência à compressão vs. cubo da compacidade da pasta ligante
Figura 6-6 – Parâmetro kij vs. idade do betão
Figura 6-7 – Aferição do parâmetro F
Figura 6-8 – Curvas de referência p(d) dos 6 betões considerados auto-compactáveis
Figura 6-9 – Curvas de referência p’(d) para betões com Dmáx. = 12,7mm
Figura 6-10 – Curvas de referência p’(d) para betões com Dmáx. = 19,1mm
Figura 6-11 – Aferição do parâmetro G
Figura 6-12 – Influência do volume de pasta no parâmetro G
Figura 6-13 – Betões vs. volume da pasta
Índice de figuras
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xiv
Figura 6-14 – Betões vs. argamassa/agregados
Figura 6-15 – Betões vs. grossos/pasta
Figura 6-16 – Betões vs. grossos/pó
Figura 6-17 – Relação entre os parâmetros F e G e o volume da pasta
Figura 6-18 – Relação entre os parâmetros F e G e a razão argamassa/agregados
Figura 6-19 - Relação entre os parâmetros F e G e a razão grossos/pasta
Figura 6-20 - Relação entre os parâmetros F e G e a razão grossos/pó
Figura 6-21 – Relação entre o parâmetro F e a razão volumétrica areia/pasta
Figura 6-22 – Relação entre o parâmetro G e a razão grossos/areia
Figura 6-23 – Relação entre o parâmetro G e a razão grossos/argamassa
Figura 7-1 – Relação entre as resistências médias aos 28 dias e os custos de produção para o BAC
Figura 7-2 – Relação entre as resistências médias aos 28 dias e os custos de produção para o BNS3
Figura 7-3 – Comparação de custos entre o BAC e BNS3
Figura 7-4 - Comparação de custo de produção e colocação em obra
Índice de tabelas
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xv
Índice de tabelas
Tabela 2-1 – Propriedades dos cimentos
Tabela 2-2 – Propriedades das adições
Tabela 2-3 – Propriedades das misturas ligantes
Tabela 2-4 – Características dos pós [Edamatsu et al., 1999]
Tabela 2-5 – Características das areias [Edamatsu et al., 1999]
Tabela 2-6 - Características das areias [Edamatsu et al., 1999]
Tabela 3-1 – Valores de K para utilização na expressão de Faury
Tabela 3-2 – Valores de K’ para utilização na expressão de Faury
Tabela 3-3 – Valores do parâmetro A da curva de referência de Bolomey
Tabela 3-4 – Valores do parâmetro A da curva de referência de Faury [Lourenço, 1995]
Tabela 3-5 - Valores do parâmetro B da curva de referência de Faury
Tabela 3-6 – Coordenadas dos 3 pontos fundamentais para o traçado da curva de referência
Tabela 4-1 – Características físicas do cimento
Tabela 4-2 – Características químicas do cimento
Tabela 4-3 – Características mecânicas do cimento
Tabela 4-4 – Composição potencial do cimento
Tabela 4-5 - Características das cinzas volantes
Tabela 4-6 – Características dos agregados
Tabela 4-7 – Características dos superplastificantes usados
Tabela 4-8 – Quantidades dos diversos componentes, por m3 de betão, para os betões de máxima dimensão 12.7mm
Tabela 4-9– Quantidades dos diversos componentes, por m3 de betão, para os betões de máxima dimensão 19.1mm
Tabela 4-10 – Quantidades dos diversos componentes, por m3 de betão, para o betão BNS3
Tabela 5-1 – Composições das pastas e resultados do ensaio de consistência normal, com a utilização do Superplastificante SV 3010 e CV/(C+CV)=0,0
Tabela 5-2 - Composições das pastas e resultados do ensaio de consistência normal, com a utilização do Superplastificante SV 3010 e CV/(C+CV)=0,3
Tabela 5-3 – Composições das pastas e resultados do ensaio de consistência normal, com a utilização do Superplastificante SV 3000 e CV/(C+CV)=0,0
Tabela 5-4 - Composições das pastas e resultados do ensaio de consistência normal, com a utilização do Superplastificante SV 3000 e CV/(C+CV)=0,3
Índice de tabelas
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xvi
Tabela 5-5 – Valores das regressões lineares e respectivos quadrados do coeficiente de regressão linear, R2, representadas nas figuras 5-1 e 5-2
Tabela 5-6 – Cálculo dos declives dos troços representados nas figuras 5 -3
Tabela 5-7 - Cálculo dos declives dos troços representados nas figuras 5 -4
Tabela 5-8 – Composições das caldas e resultados do ensaio de cone de Marsh, com a utilização do Superplastificante SV 3010 e CV/(C+CV)=0,0
Tabela 5-9 – Composições das caldas e resultados do ensaio de cone de Marsh, com a utilização do Superplastificante SV 3010 e CV/(C+CV)=0,3
Tabela 5-10 – Composições das caldas e resultados do ensaio de cone de Marsh, com a utilização do Superplastificante SV 3000 e CV/(C+CV)=0,0
Tabela 5-11 - Composições das caldas e resultados do ensaio de cone de Marsh, com a utilização do Superplastificante SV 3000 e CV/(C+CV)=0,3
Tabela 5-12 - Composições das pastas e resultados do ensaio de espalhamento, com a utilização do Superplastificante SV 3010 e CV/(C+CV)=0,0
Tabela 5-13 - Composições das pastas e resultados do ensaio de espalhamento, com a utilização do Superplastificante SV 3010 e CV/(C+CV)=0,3
Tabela 5-14 - Composições das pastas e resultados do ensaio de espalhamento, com a utilização do Superplastificante SV 3000 e CV/(C+CV)=0,0
Tabela 5-15 - Composições das pastas e resultados do ensaio de espalhamento, com a utilização do Superplastificante SV 3000 e CV/(C+CV)=0,3
Tabela 5-16 – Características das amassaduras realizadas
Tabela 5-17 – Resultados obtidos no ensaio de Slump Flow ( a) Sem segregação ou agregação; b) Muito cascalhudo; c) Com segregação )
Tabela 5-18 - Resultados obtidos no ensaio de L Box ( a) Sem segregação ou agregação; b) Muito cascalhudo; c) Com segregação e bloqueio na zona da armadura )
Tabela 5-19 – Resultados da determinação do volume de vazios
Tabela 5-20 – Resistências à compressão obtidas em betões com máxima dimensão de agregados 12,7mm (Rc – resistência à compressão; Rcm – resistência à compressão média)
Tabela 5-21 - Resistências à compressão obtidas em betões com máxima dimensão de agregados 19,1mm (Rc – resistência à compressão; Rcm – resistência à compressão média)
Tabela 5-22 - Resistências à compressão obtidas em BNS3 (Rc – resistência à compressão; Rcm – resistência à compressão média)
Tabela 5-23 – Resultados do ajuste dos dados à expressão proposta por Jalali
Tabela 6-1 – Índices de vazios e parâmetros K’ e K
Tabela 6-2 – Relação entre a resistência à compressão em MPa e a compacidade da pasta ligante
Tabela 6-3 – Relação entre a resistência à compressão em MPa e a compacidade da pasta ligante
Índice de tabelas
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xvii
Tabela 6-4 – Relação entre o parâmetro F e a percentagem de cimento mais adições
Tabela 6-5 – Valores de F, reais e previstos através da expressão 6 -2
Tabela 6-6 – Relação entre o parâmetro G e o volume absoluto de grossos (m 3)
Tabela 6-7 – Exemplo de valores a atribuir a G
Tabela 6-8 - Valores de G, reais e previstos através das expressões 6-3 e 6-4
Tabela 6-9 – Relações indicadoras da auto-compactação
Tabela 7-1 – Custo do material
Tabela 7-2 – Custo da mistura
Tabela 7-3 – Comparação de custos entre o BAC e BNS3
Tabela 7-4 – Exemplo de cálculo do custo de colocação do betão
Tabela 7-5 – Comparação de custo de colocação para vários elementos de construção
Tabela 7-6 – Comparação de custo de produção e colocação em obra
Índice de tabelas
Betão auto-compactável - Metodologia de composição xviii
Introdução e objectivos
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 1-1
1. INTRODUÇÃO E OBJECTIVOS
Introdução e objectivos
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 1-2
Introdução e objectivos
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 1-3
1. Introdução e objectivos
O betão auto-compactável foi desenvolvido no Japão, onde tem sido aplicado com
sucesso nos últimos 10 anos, nas mais variadas estruturas, nomeadamente em vigas
de pontes, torres e pontões e estruturas de construção civil.
A durabilidade das estruturas de betão é há vários anos uma das principais áreas de
interesse no Japão. Uma estrutura de betão só consegue ser durável se durante a sua
execução, o betão for devidamente compactado com recurso a mão de obra
especializada. Contudo, tem-se assistido ultimamente a uma diminuição da
especialização dos operários da indústria da construção civil e consequentemente a
diminuição da qualidade das obras [Okamura et al., 1999]. As causas desta realidade
são diversas podendo, no entanto, referir-se a elevada concorrência existente
actualmente entre as empresas, que as leva a tentarem reduzir os seus custos directos
à custa do recurso a mão-de-obra não qualificada mais barata.
Com o betão auto-compactável pretende-se que ele 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, 1996]. A utilização do betão
auto-compactável traduz-se em mais valias, nomeadamente, o melhor envolvimento
das armaduras, mesmo quando estas são muito densas, a possibilidade de novos
sistemas construtivos, a diminuição dos recursos humanos e equipamentos, a redução
do ruído associado ao equipamento de consolidação e como consequência a melhoria
da saúde ocupacional dos operários.
Introdução e objectivos
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 1-4
Contudo, o estudo deste material, só há relativamente pouco tempo se iniciou na
Europa. Nos países nórdicos, onde mão de obra especializada na indústria da
construção é escassa, e quando existe o seu custo é bastante elevado, o betão auto-
compactável já tem sido aplicado.
Os processos de definição da composição, propostos, para a obtenção deste tipo de
betão, são bastante diferentes do processo de definição de composição habitualmente
utilizado nos betões correntes, sendo este facto, uma das razões da lenta
implementação deste material.
Assim sendo, neste trabalho pretende-se:
- definir uma curva de referência para betões auto-compactáveis de modo a
obter um método de estudo de composição de betão auto-compactável, em
tudo semelhante ao método das curvas de referência, habitualmente utilizado
em betões correntes;
- produzir betões auto-compactáveis com materiais correntes no mercado
nacional;
- realizar um estudo comparativo entre esse betão e um betão normal, no que
respeita aos custos associados à produção e colocação em obra.
O processo adoptado para alcançar os objectivos consiste na proposta de uma
metodologia para o estudo de composição de betão auto-compactável e avaliação do
método por realização de composições e ensaios laboratoriais. Finalmente os
parâmetros intervenientes serão avaliados e expressões adequadas às composições
estudadas serão apresentadas.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-1
2. BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL 2-3
2.1 O DESENVOLVIMENTO DO BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL 2-3
2.2 O ESTADO ACTUAL DO BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL 2-6
2.2.1 DIVULGAÇÃO DO CONCEITO DE BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL 2-6
2.2.2 ACTIVIDADES DE INVESTIGAÇÃO 2-9
2.3 MATERIAIS E SEU EFEITO NA AUTO-COMPACTAÇÃO 2-10
2.3.1 MATERIAL PULVERULENTO 2-10
2.3.2 ADJUVANTES 2-21
2.3.3 AGREGADOS FINOS 2-30
2.3.4 AGREGADOS GROSSOS 2-32
2.4 MÉTODO DE DEFINIÇÃO DA COMPOSIÇÃO 2-33
2.4.1 ESTUDO DE COMPOSIÇÃO 2-33
2.5 MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA AUTO-COMPACTAÇÃO 2-37
2.6 APLICAÇÕES DO BETÃO AUTO-COMPACTÁVEL 2-39
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-2
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-3
2. Betão auto-compactável
2.1 O desenvolvimento do betão auto-compactável
Os betões de consistência diferente da terra húmida e seca, têm um comportamento
reológico, que, de forma simplificada, se pode descrever recorrendo ao modelo de
Bingham [David, 1999]:
Figura 2-1 – Modelo de Bingham
ω×µ+τ=τ 0 ( 2-1 )
Sendo: τ a tensão de corte em Pa; τ0 uma tensão que traduz a resistência inicial ao
movimento, coesão, em Pa; µ a viscosidade em Pa.s e ω a velocidade de corte em s-1.
Se for possível manter a viscosidade relativamente baixa, sem que com isso se
diminua drasticamente a resistência inicial ao movimento, então, é possível obter um
material que flui facilmente, mas suficientemente coeso.
Na obtenção de um betão auto-compactável existem então, duas premissas que
deverão ser observadas, a elevada deformabilidade da pasta ou argamassa e a
viscosidade necessária para garantir a uniforme suspensão das partículas sólidas, ou
ττττ
ττττ0
ωωωω
1111
µµµµ
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-4
seja, a resistência à segregação entre os agregados grossos e a argamassa.
Na deformação do betão, designadamente quando este flui entre as armaduras ou
numa zona confinada pela cofragem, a posição relativa dos agregados é alterada,
provocando a colisão entre estas partículas, que é tanto maior quanto menor for a
distância relativa entre elas. Este movimento relativo provoca o incremento de
tensões internas no material, que consome a energia necessária para que o betão flua
normalmente, provocando a obstrução do fluxo. Este fenómeno é tanto mais
importante quanto mais restrito for o espaço por onde se dá o fluxo, nomeadamente
em elementos de pequena secção e em zonas de grande densidade de armaduras.
A redução da viscosidade diminui a capacidade da mistura manter a dispersão
homogénea dos constituintes, isto pode causar anisotropia na direcção da betonagem
e fragilizar a interface entre o material granular e a pasta ligante bem como a
interface entre as armaduras e a pasta ligante. Por outro lado, o aumento da
viscosidade da pasta previne o incremento das tensões internas resultantes da colisão
entre as partículas dos agregados, diminuindo a tendência para a obstrução do fluxo
pelos agregados quando o betão fluí através de obstáculos.
Okamura e Ozawa [Okamura et al., 1995] desenvolveram um método para a
obtenção de betão auto-compactável baseado em três preceitos: a) limitação na
dosagem de agregados; b) baixa relação água/material pulverulento e c) a utilização
de um superplastificante (figura 2-2).
A quantidade de agregados grossos deve ser menor do que a de um betão normal.
Desta forma, a distância entre as partículas dos agregados grossos é maior e por isso
a frequência de colisão entre estas é reduzida, o que conduz a uma diminuição da
energia consumida devido às tensões internas e consequente melhoramento do fluxo
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-5
do betão através de espaços limitados.
Figura 2-2 - Processo de obtenção de um BAC. Adaptado de [Okamura et al., 1995]
Com o aumento da relação água/material pulverulento é possível o incremento da
fluidez, no entanto este incremento da fluidez conduz a uma grande diminuição da
viscosidade e coesão, que pode provocar segregação dos agregados e consequente
bloqueio do fluxo. A redução da quantidade de água livre (água da amassadura
menos a água utilizada no processo de hidratação e água absorvida por agregados) e
o aumento da quantidade de material pulverulento pode aumentar a viscosidade e a
coesão do betão auto-compactável.
Os superplastificantes são moléculas longas e pesadas que se envolvem nas
partículas de cimento e lhes conferem uma elevada carga eléctrica negativa. Devido
a esta carga as partículas de cimento repelem-se umas às outras, resultando na
desfloculação e dispersão das mesmas. A utilização de um superplastificante permite
então a redução da água livre e consequente aumento da fluidez com uma pequena
Utilização de superplastificante
Baixa relação água/materialpulverulento
Limitação na dosagemde agregados
Redução das tensões internas
Adequada viscosidade
Elevada deformabilidade e
Elevada resistência à segregação
Betão Auto-compactável
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-6
diminuição da coesão. Uma elevada dosagem de superplastificante pode provocar
segregação e bloqueio do fluxo.
A combinação de um superplastificante com um agente modificador de viscosidade
ou a de um superplastificante com uma baixa relação água/material pulverulento
permite reduzir a quantidade de água livre, condição necessária para a obtenção de
uma adequada viscosidade capaz de garantir a uniforme suspensão das partículas
sólidas e a redução das tensões internas devidas à colisão entre partículas dos
agregados, responsáveis pela obstrução do fluxo [Khayat et al., 1999].
2.2 O estado actual do betão auto-compactável
O conceito básico de betão auto-compactável foi proposto por Okamura em 1988 no
“Concrete Journal” num artigo denominado “Way to reliable concrete” [Okamura,
1988].
Ozawa foi o pioneiro no desenvolvimento de betão auto-compactável, tendo
conseguido pela primeira vez o sucesso no verão de 1988. No ano seguinte foi
realizada uma demonstração aberta a 100 investigadores e engenheiros, na
Universidade de Tóquio, deste novo tipo de betão. Como resultado disto iniciaram-
se várias actividades de investigação especialmente nos laboratórios das grandes
empresas de construção do Japão e na Universidade de Tóquio [Okamura, 1996].
2.2.1 Divulgação do conceito de betão auto-compactável
O primeiro artigo sobre betão auto-compactável foi apresentado por Ozawa no “2º
East-Asia and Pacific Conference on Structural Engineering and Construction”
(ESASEC-2) em Janeiro de 1989. A apresentação por Ozawa na CANMET & ACI
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-7
International Conference, Istanbul, em Maio de 1992 acelerou a divulgação do
conceito de betão auto-compactável pelo mundo [Okamura et al., 1999].
Após o Workshop do ACI, em Bangkok em Novembro de 1994 sobre betões de
elevado desempenho, o betão auto-compactável tornou-se num ponto fulcral para os
diversos investigadores e engenheiros, que nutrissem interesse pelos temas da
durabilidade do betão e sistemas racionais de construção. Como complemento, a
apresentação por Okamura da 1996 Ferguson Lecture na convenção de Outono do
ACI, divulgou o betão auto-compactável na América do Norte. Como resultado
destas comunicações iniciaram-se várias actividades de investigação [Okamura et al.,
1999].
O primeiro workshop internacional sobre betão auto-compactável foi realizado em
Kochi no Japão em Agosto de 1998, onde foi decidida a criação de uma network para
intercâmbio de informação sobre betões auto-compactáveis utilizando a internet
“International Network for Self-Compacting Concrete (SCC-Net). A network teve o
seu inicio em Fevereiro de 1999 e funciona com o seguinte endereço:
http://www.infra.kochi-tech.ac.jp/sccnet/.
Em 1996 RILEM criou um comité técnico com o objectivo de analisar e apresentar o
estado da arte da tecnologia do betão auto-compactável. Este comité iniciou as suas
actividades em 1997 e prevê terminar os trabalhos com um relatório final. Entretanto
realizou o First International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete,
Stockholm em Setembro de 1999, onde foram apresentadas 67 comunicações sobre o
tema.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-8
Figura 2-3 – Decisão da criação da network
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-9
Figura 2-4 - Logotipo da rede internacional para Betão Auto-compactável.
2.2.2 Actividades de investigação
Para que o betão auto-compactável seja utilizado como um betão corrente e não
como um betão especial é necessário estabelecer princípios e métodos para a
determinação da composição, definir procedimentos e especificações para a
realização de ensaios que visem a avaliação da auto-compactabilidade (laboratoriais
e em obra), novos processos de produção e outros sistemas racionais de construção.
Nesse sentido vários grupos de trabalho de betão auto-compactável foram criados,
nomeadamente [Okamura et al., 1999]:
- 1990-93 “Cement for High Performance Concrete” – Japan Cement
Association (JCA)
- 1990-92 “Manufacturing System for Concrete” – Japan Concrete Institute
(JCI)
- 1991-94 – “Joint Research at University of Tokyo” – 16 empresas de
construção, 3 produtores de cimento, 3 produtores de misturas e 1
produtor de betão
- 1992-94 “Super-Flowable Concrete” – Japan Concrete Institute (JCI)
- 1994-97 “Highly-Flowable Concrete” – Japan Society of Civil Engineers
(JSCE)
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-10
- 1995- “Self-Compacting Concrete” - Japan Society of Civil Engineers
(JSCE)
- 1997- “Self-Compacting Concrete” – The International Union of Testing
and Research Laboratories for Materials and Structures (RILEM)
2.3 Materiais e seu efeito na auto-compactação
O comportamento do betão enquanto fresco, é influenciado pelas características
químicas e físicas dos seus componentes. Isto torna-se bastante mais importante no
caso do betão auto-compactável pois pode ser posta em causa a sua capacidade de
auto-compactação.
2.3.1 Material pulverulento
O betão auto-compactável pode conter diversas combinações de materiais em pó,
nomeadamente, cimento portland normal, cimento portland composto, escórias,
cinzas volantes, pó de pedra calcária e ainda outros.
Nas páginas seguintes far-se-á, de forma sucinta, a caracterização dos materiais
pulverulentos mais utilizados na composição do betão auto-compactável e o seu
efeito nas propriedades do betão enquanto fresco.
Cimento
A elevada trabalhabilidade do betão é cada vez mais obtida com recurso à utilização
de adjuvantes que actuam sobretudo sobre as partículas de cimento e eventualmente
sobre as partículas das adições minerais. A dispersão das partículas de cimento, a
que a utilização de adjuvantes conduz, é influenciada pela composição química do
cimento ou eventualmente das adições.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-11
Uma quantidade substancial do adjuvante é imediatamente absorvida pelos
aluminatos tricálcico (C3A) e pelos aluminoferratos tetracálcico (C4AF), e pouco
tempo depois do contacto com a água iniciam-se as suas reacções de hidratação. Só
depois é que o adjuvante restante é absorvido pelos silicatos tricálcico (C3S) e pelos
silicatos bicálcico (C2S), que são os componentes majoritários do cimento.
Referencie-se que a quantidade de adjuvante disponível para os C3S e C2S é
condicionada pela quantidade absorvida pelos C3A e C4AF, e será tanto menor
quanto maior for a quantidade de C3A e C4AF. Isto conduz a que cimentos com
elevada quantidade de C3A e C4AF tenham uma absorção de adjuvante não uniforme
e uma má acção dispersante do adjuvante. O produto de hidratação dos C3A e C4AF
bloqueia as partículas de cimento reduzindo assim a trabalhabilidade [Nawa et al.,
1998].
Os C3A, C4AF e C3S, todos hidratam rapidamente, no entanto os C3S são os
responsáveis pelo desenvolvimento da maior parte da resistência inicial. Os C2S
hidratam mais lentamente, e é isto que conduz ao incremento de resistência ao longo
do tempo. Além disso os C 3S e C3A são os responsáveis pela maior parte do calor de
hidratação nas primeiras 48h. A substituição parcial dos C3A e dos C3S por C4AF e
C2S respectivamente, conduz a uma diminuição do calor de hidratação e a uma
redução da resistência inicial, sem no entanto afectar a resistência final do betão
[Nawa et al., 1998].
Todos os aspectos referenciados deverão ser cuidadosamente analisados na definição
do cimento a utilizar na realização de betão auto-compactável. No entanto um
cimento rico em C2S é um excelente cimento para a realização de betão auto-
compactável.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-12
O tamanho e a forma das partículas de cimento são também parâmetros que
influenciam o comportamento do betão [Fugiwara et al., 1997].
Na figura 2-5 apresenta-se a relação entre a superfície específica de Blaine, a
dispersão granulométrica das partículas e a viscosidade.
Figura 2-5 – Relação viscosidade – Parâmetro N – S. específica de Blaine [Nawa et al., 1998]
A dispersão das partículas está representada pelo parâmetro N da equação de Rosin-
Rammler
( )Nbxexp100R −= ( 2-2 )
sendo: R a percentagem de material retido na malha de dimensão x e N será tanto
maior quanto maior for a dispersão granulométrica das partículas [Allen, 1999].
Verifica-se que a viscosidade é tanto maior quanto maior for a superfície específica.
Um cimento com grande superfície específica conduz a um grande número de
partículas de cimento na pasta e a área em contacto com a água é elevada. No
entanto a distância entre partículas de cimento diminui e a frequência da colisão entre
Superfície específica de Blaine [m2/kg]
Par
âmet
ro N
Viscosidade [Pa.s]
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-13
estas aumenta [Nawa et al., 1998].
Na figura 2-6 apresenta-se a relação entre a superfície específica de Blaine, o
parâmetro N da equação de Rosin-Rammler e a coesão. Referencia-se que quanto
menor for o parâmetro N menor é a coesão e que a um elevado valor de N
corresponde uma elevada compacidade. Da análise das figuras 2-5 e 2-6 conclui-se
que a uma elevada compacidade do cimento corresponde uma elevada coesão da
pasta [Nawa et al., 1998].
Figura 2-6 – Relação Coesão – Parâmetro N – S. específica de Blaine [Nawa et al., 1998]
Perante este conhecimento foram desenvolvidos cimentos formados por misturas de
partículas de clinquer grossas e finas. No entanto verificou-se que a perda de finura
do cimento conduzia a menores resistências iniciais [Nawa et al., 1998].
Escórias de alto forno de elevada finura
As escórias granuladas de alto forno são um produto não metálico resultante da
fabricação do aço. Obtêm-se simultaneamente com o ferro fundido em alto forno e
submetido bruscamente a um arrefecimento, por imersão em água, vapor de água ou
Superfície específica de Blaine [m2/kg]
Par
âmet
ro N
Coesão [Pa]
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-14
ar, adquire a forma granular de pequenas dimensões, cor amarela-acastanhada e
estrutura vítrea ou amorfa.
As escórias de alto forno podem ser moídas e assim serem transformadas num pó
muito fino, com características aglomerantes em tudo semelhantes às de um cimento.
Com o avanço, nos últimos anos, das técnicas de moagem e separação é possível
produzir muito mais pó e com dimensões menores. A título de exemplo a escória
utilizada no Japão para a produção de cimento tem uma finura entre 3.400 a
4.400cm2/g enquanto que já se conseguem finuras na ordem dos 10.000cm2/g
[Sakamoto et al., 1991].
Ao contrário do que seria de esperar a utilização de escórias de elevada finura na
composição de betão, desde que as partículas tenham a superfície vidrada e lisa, não
conduz a um aumento da quantidade de água necessária para a obtenção da mesma
trabalhabilidade quando comparada com a utilização só de cimento.
Estudos efectuados por Numata, utilizando um viscosímetro rotacional, indicam que
a tixotropia de uma pasta incorporando escórias de elevada finura diminui quando
comparada com uma pasta de cimento portland normal [Numata, 1987]. Além disso,
estas escórias, não iniciam as reacções de hidratação imediatamente após o contacto
com a água, como no caso das partículas de clinquer, pelo que a perda de
trabalhabilidade é mais lenta. Por estas razões a escória do alto forno de elevada
finura tem sido utilizada como adição em betões que requerem elevada
trabalhabilidade, nomeadamente em betões auto-compactáveis.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-15
Cinzas volantes
As cinzas volantes são um subproduto industrial provenientes da queima de carvão
pulverizado ou moído em centrais termoeléctricas. No processo de produção de
energia eléctrica com recurso à queima de carvão resultam resíduos que são
arrastados com os gases de combustão e recolhidos através de captação mecânica ou
por precipitação electrostática, daí o nome de cinzas volantes.
As características físicas e a composição química das cinzas volantes apresentam
uma grande dispersão resultante de diversos factores, nomeadamente, do tipo de
carvão utilizado na queima, do processo de queima e da presença de combustível nas
câmaras de combustão.
As características físicas dependem essencialmente do tipo de equipamento utilizado
na sua captação, sendo os colectores mecânicos os que conduzem a cinzas mais
grossas. Desde que sejam de boa qualidade as cinzas são um pó muito fino
constituído em grande parte por pequenas partículas esféricas com um diâmetro que
varia entre 0,5 a 200µm [Vénuat, 1989].
Estas características influenciam claramente o comportamento reológico do betão.
Conduzem a baixos coeficientes de atrito entre as suas partículas e também entre
estas e as partículas dos outros componentes, minorando a energia despendida para a
realização do fluxo e por consequência o aumento da trabalhabilidade.
A sua elevada finura não conduz à necessidade de grandes quantidades de água
devido à sua forma esférica. A obtenção de uma trabalhabilidade de referência num
betão com a utilização de cinzas volantes consegue-se com menor quantidade de
água do que a necessária para um betão sem cinzas.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-16
A composição química depende, como facilmente se depreende, da matéria prima
utilizada na queima, em particular da quantidade de material mineral presente no
carvão a queimar. Os principais componentes presentes são o óxido de silício, o
óxido de alumínio, o óxido de ferro e pequenas quantidades de carvão não queimado.
Da composição química depende o efeito pozolânico, que vai conferir ao betão
endurecido, a longo tempo, resistências superiores. Este efeito consiste na reacção
dos compostos siliciosos (reactivos) com o hidróxido de cálcio, resultante da
hidratação do cimento, quando na presença da água. Os produtos resultantes desta
reacção têm propriedades aglomerantes semelhantes às da hidratação do cimento,
conduzindo por isso a incrementos da resistência final.
No entanto as cinzas volantes têm também um efeito de fíler, sobretudo se forem
utilizadas em grandes quantidades. As partículas das cinzas volantes são um pouco
mais pequenas do que as de cimento, e bastante mais finas do que os restantes
componentes, e por isso ocupam os vazios deixados pelos outros componentes,
conduzindo a misturas com maior compacidade.
Fílers calcários
Os fílers são um material fino obtidos por moagem fina ou por pulverização de
algumas rochas, em que as partículas mais grossas não ultrapassam os 80µm. O seu
nome provêm do inglês “to fill” que significa encher ou preencher [Vénuat, 1989].
O fíler mais utilizado resulta de rochas calcárias ou silico -calcárias moídas.
Estudos de pesquisa em laboratório, mostram que os fílers não tem somente acções
físicas mas também acções físico-químicas e extremamente importantes.
São vários os factores que diferenciam os fílers e influenciam o seu desempenho, os
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-17
mais importantes são:
- a sua origem, a sua composição química e mineralógica, as quebras de
estrutura molecular que possam existir e a presença de impurezas;
- a finura, a forma das partículas e as características da superfície;
- a dureza e a porosidade.
Os fílers calcários são os mais reactivos na presença do cimento, em oposição aos
siliciosos que são praticamente inertes. A reactividade depende da natureza do
calcário e do seu estado de cristalização e será tanto menor quanto maior for o grau
de cristalização. A moagem da rocha conduz à desorganização, por rotura, da
estrutura existente e ainda a um aumento de finura, factores que aumentam a
capacidade de reacção com o cimento [Vénuat, 1989].
A adição de fílers ao betão tem por intenção a melhoria da distribuição
granulométrica, o que conduz à melhoria da trabalhabilidade e a melhor retenção de
água eliminando a exsudação, a modificação da coesão da pasta, permitindo deste
modo o fluxo sem necessidade de lubrificação e ainda aumentar a compacidade e
assim melhorar a durabilidade.
Estudos recentes mostram que a utilização de fíler calcário, como adição em betão
para estruturas com grandes massas, onde é elevado o risco de fissuras por retracção
térmica devido às reacções de hidratação do cimento, conduz a reduções
significativas na temperatura do betão [Arima et al., 1993].
Efeito na auto-compactação
A auto-compactação do betão requer, como foi dito, elevada fluidez mas também
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-18
adequada resistência à segregação. Estas duas características, na generalidade dos
casos, opõem-se uma à outra, é nisto que se traduz a grande dificuldade na definição
da composição do betão auto-compactável.
A definição das características ideais do material pulverulento para a realização do
betão auto-compactável ainda não existe, no entanto já existem alguns estudos que
indicam alguns caminhos a seguir.
Apresentam-se de seguida alguns indicadores resultantes de ensaios na U Box (figura
2-7) que visam explicar como é que o tipo de pó que se utiliza, a sua granulometria e
a sua forma condiciona a capacidade de auto compactação do betão. A altura de
preenchimento determinada no ensaio da U Box é um indicador usado para
representar a auto-compactação do betão fresco.
Figura 2-7 – Esquema de ensaio U Box [Ouchi, 1998]
abertura da porta central
Alt
ura
de
ench
imen
to B
etão
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-19
A figura 2.8 [Edamatsu et al., 1997] mostra a relação entre a razão volumétrica
água/pó (Vw/Vp) e a altura de enchimento determinada na U Box. Esta relação
baseia-se na premissa de que a deformabilidade do betão fresco é constante e com
um valor de 600±50mm, determinado no ensaio de Slump Flow (figura 2-9).
Figura 2-8 – Relação entre Vw/Vp e a altura de enchimento [Edamatsu et al., 1997]
Figura 2-9 – Ensaio de Slump Flow [Beaupré et al, 1999]
Os betões foram realizados com os pós apresentados nas tabelas 2 -1, 2-2 e 2-3.
Apesar do autor na publicação [Edamatsu et al., 1997a] não aludir como determinou
o factor de dimensão e o factor de distribuição, refere que o factor de dimensão
Razão volumétrica água/pó
Alt
ura
de e
nchi
men
to [
cm]
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-20
representa o tamanho das partículas do pó e o factor de distribuição representa a
distribuição granulométrica e que às partículas de pequenos diâmetros corresponde
um factor de dimensão elevado e a uma granulometria extensa corresponde um
pequeno factor de distribuição
Tabela 2-1 – Propriedades dos cimentos
Tipo Símbolo Densidade Finura [cm2/g]
C3S [%]
C2S [%]
C3A [%]
C4AF [%]
Factor de dimensão
Factor de distribuição
Portland Normal
NC 3,15 3320 55 20 9 8 1,12 0,99
Portland “low heat”
LHC 3,23 3220 22 56 3 11 1,13 0,99
Tabela 2-2 – Propriedades das adições
Tipo Símbolo Densidade Finura [cm2/g]
Factor de dimensão
Factor de distribuição
Escórias de alto forno
BS 2,90 4510 1,27 0,94
Fíler calcário
LS 2,73 5120 1,23 0,74
Cinzas volantes
FA 2,24 3060 1,02 0,92
Tabela 2-3 – Propriedades das misturas ligantes
Tipo Factor de dimensão
Factor de distribuição
Vw/Vp óptima
NC+BS 1,18 0,88 1,02
NC+LS 1,17 0,88 1,08
NC+FA 1,08 0,96 1,08
LHC+LS 1,17 0,88 0,85
Na análise da figura 2-8 verifica-se que, para todos os materiais, existe um máximo
da altura de enchimento perfeitamente definido. A este máximo corresponde uma
razão óptima Vw/Vp.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-21
Verifica-se também que para razões Vw/Vp superiores à óptima a altura de
enchimento diminui. Ito pode explicar-se pelo facto de a viscosidade ficar bastante
reduzida, o que conduz a colisões mais frequentes entre os agregados grossos,
diminuindo a energia disponível para a realização do fluxo, ou seja, à segregação e à
obstrução entre obstáculos. Para razões Vw/Vp inferiores à óptima a viscosidade é
demasiado alta e a fluidez insuficiente para que o fluxo se dê somente devido ao seu
peso próprio.
Aos valores óptimos da razão Vw/Vp, correspondem alturas de enchimento diversas,
dependendo do tipo de material. Além disso, a razão óptima Vw/Vp varia dependendo
do tipo de pó. Estes resultados podem justificar-se pelo facto da distribuição
granulométrica e a forma das partículas serem distintas de pó para pó.
2.3.2 Adjuvantes
O adjuvante, segundo a norma NP ENV 206, é um produto que adicionado em
pequenas quantidades referidas à massa do cimento, antes ou durante a amassadura
ou numa operação adicional de amassadura, provoca as modificações requeridas das
propriedades normais.
Neste âmbito o tipo de adjuvantes é bastante diversificado, podendo referir-se alguns
dos mais utilizados, os superplastificantes ou redutores de água de alta gama, os
plastificantes ou redutores de água, os introdutores de ar, os retardadores ou
aceleradores de presa, os retardadores ou aceleradores de endurecimento, os agentes
de viscosidade, entre outros. Todos os adjuvantes têm funções perfeitamente
definidas e específicas e devem minimizar as influências nas outras propriedades do
betão.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-22
A escolha e definição dos adjuvantes a aplicar deverá ser precedida de um completo
estudo das suas características e potencial, assim como da determinação da
compatibilidade com os restantes materiais utilizados no betão. Disto depende o bom
e efectivo desempenho do adjuvante e a consequente qualidade do betão.
Tendo em conta o objecto deste trabalho iremos fazer uma apresentação, só daqueles
que tem maior interesse para o betão auto-compactável, e que interferem de forma
efectiva e objectiva na reologia deste material.
Superplastificantes
Os superplastificantes ou redutores de água de alta gama, como o nome indica,
permitem aumentar a plasticidade da pasta, aumentando assim a trabalhabilidade do
betão ou ainda reduzir a quantidade de água mantendo a trabalhabilidade.
O avanço científico e tecnológico na química dos adjuvantes permitiu a produção de
superplastificantes de cada vez maior potencial.
A figura 2-10 mostra a classificação dos superplastificantes que actualmente se
usam, são eles: os de polímeros de naftaleno sulfonado, os de melamina sulfonada,
os copolímeros vinílicos e finalmente os carboxilatos modificados. Estes últimos são
os superplastificantes de última geração, permitindo reduções de água até aos 40%.
Os mecanismos de dispersão das partículas de cimento devido à utilização de um
superplastificante podem definir-se como sendo de 2 tipos: a) baseado na repulsão
electrostática ; b) baseado na repulsão estérica.
Os polímeros de naftaleno sulfonado e os de melamina sulfonada tem uma acção
baseada na repulsão electrostática. A facilidade dissociativa iónica do grupo
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-23
sulfónico é maior quando comparada ao grupo carboxilo, assim consegue-se uma
carga negativa nas partículas de cimento, que têm uma concentração iónica elevada e
estabiliza a dispersão [Nawa et al., 1998].
Figura 2-10 – Classificação dos superplastificantes
O mecanismo de dispersão das partículas de cimento baseado na repulsão estérica é o
que está presente nos carboxilatos modificados. Todos estes superplastificantes são
polímeros de ligação com cadeias de óxido de etileno com elevada resistência a sais
e moléculas com cadeia lateral. As cadeias de óxido de etileno têm uma grande
facilidade em reter água, formando uma camada de absorção volumosa e espessa na
superfície das partículas de cimento. Esta camada provoca a elevada repulsão
estérica. A figura 2-11 mostra os mecanismos de dispersão referidos.
Figura 2-11 – Mecanismo de dispersão das partículas de cimento devido à utilização de superplastificantes. a) baseado na repulsão electrostática ; b) baseado na repulsão estérica.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-24
Como já foi referido anteriormente, as características do material pulverulento
condicionam a acção dispersante do superplastificante. Os C3A e os C4AF fazem
uma absorção do superplastificante muito mais rapidamente do que os C3S e os C2S,
dai resulta que os primeiros tem muito maior quantidade de superplastificante
disponível, enquanto que os segundos ficam com uma quantidade muito mais
reduzida. Isto conduz a que cimentos com elevada quantidade de C3A e C4AF
tenham uma absorção de adjuvante não uniforme e uma má acção dispersante do
adjuvante.
Efeito na auto-compactação
Na ausência de adjuvantes as pequenas partículas de cimento tendem a flocular,
devido às forças atractivas, de tipo Van der Waals, que se geram entre elas. Esta
floculação tende a reter água, e quanto maior for esse efeito maior será a tixotropia
da pasta de cimento, ou seja, menor será a sua capacidade de fluir quando sujeita,
somente, à acção da gravidade [David, 1999].
As características dos materiais pulverulentos e dos superplastificantes afectam de
forma clara as propriedades das argamassas que compõe o betão. Desta forma,
alguns testes sobre argamassas e pastas foram propostos para avaliar as
características dos materiais componentes do betão. Entre os mais divulgados estão
o ensaio de espalhamento e o ensaio do funil V para argamassas ou pastas (figuras 2-
12 e 2-13) [Ouchi, 1998].
No ensaio de espalhamento, o molde tronco cónico é colocado sobre uma placa de
vidro, cheio de argamassa e retirado. Os diâmetros finais da argamassa são medidos
em duas direcções perpendiculares. No ensaio do funil V, o funil é cheio com 1,1
litro de argamassa e é cronometrado o tempo, desde a abertura do orifício até que
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-25
apareça a primeira luz, quando olhamos na vertical para baixo através do funil
[Domone et al., 1999].
Figura 2-12 – Ensaio de espalhamento [Ouchi, 1998]
Figura 2-13 – Ensaio do funil V [Ouchi, 1998]
Um método para avaliação do efeito dos superplastificantes no betão auto-
compactável, foi proposto por Masahiro Ouchi [Ouchi, 1998, Ouchi et al.,1998 e
Okamura et al., 2000]. Este método é baseado em ensaios em argamassas e não em
betões, no entanto já foram determinados os valores dos ensaios em argamassas que
conduzem a betões auto-compactáveis.
Os ensaios de espalhamento e do funil V permitem determinar os índices Γm e Rm
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-26
para a avaliação da deformabilidade e viscosidade, respectivamente:
120
21 −×
=Γd
ddm ( 2-3 )
com d1 e d2 os diâmetros medidos após ensaio e d0 o diâmetro inferior do molde
tronco cónico, e
tRm
10= ( 2-4 )
sendo t o tempo de escoamento da argamassa através do funil, em segundos.
Elevados valores de Γm indicam elevada deformabilidade e pequenos valores de Rm
indicam elevada viscosidade. Os valores de Γm e Rm que conduzem a betões auto-
compactáveis estão, respectivamente entre 5 e 7, e 1 e 1,3 [Okamura et al., 1995].
Estudos realizados com argamassas com razões volumétricas areia/argamassa iguais
a 40%, várias razões volumétrica água/pó (Vw/Vp) e diversas dosagens de
superplastificante (Sp/P, razão mássica superplastificante/pó), demonstram que a
relação entre Γm e Rm é linear, conforme se pode observar na figura 2-14 [Ouchi et
al.,1998].
Figura 2-14 – Relação entre Γm e Rm com cimento de baixo calor de hidratação [Ouchi et al.,1998]
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-27
A razão entre Γm e Rm, para cada dosagem de superplastificante, é um parâmetro
efectivamente indicador do efeito do superplastificante e independente da razão
Vw/Vp [Ouchi et al., 1998 e Okamura et al., 2000].
Pode-se afirmar que, fixando o tipo de pó e o tipo de superplastificante, fazendo
variar somente a dosagem deste último, valores altos de Γm/Rm indicam um grande
efeito do superplastificante, ou seja, elevada deformabilidade sem perda de
viscosidade [Ouchi et al., 1998 e Okamura et al., 2000].
Pode ainda definir-se uma relação entre Γm/Rm e Sp/P, esta relação será do tipo
CPS
BRmm p −×=Γ , em que os parâmetros B e C são significativamente
afectados pelos tipos de superplastificante e pó usados. Este facto está patente na
figura 2-15.
Figura 2-15 – Relação entre Sp/P e Γm/Rm (MC - cimento de baixo calor de hidratação; BS 4000 - escórias de alto forno com superfície Blaine 4000cm2/g; FA - cinzas volantes; SP - superplastificante
do tipo A e B) [Okamura et al., 2000]
Estudos fazendo variar a razão Sp/P e mantendo constante a razão Vw/Vp para o
mesmo tipo de pó, permitem determinar uma relação entre Γm e Rm. A relação
ΓΓΓΓm/Rm
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-28
proposta é Rm = A . Γm0,4 com A = K . Vw/Vp – D, isto é, a relação entre A e Vw/Vp
é linear (figuras 2-16 e 2-17) [Ouchi et al., 1998 e Okamura et al., 2000].
Figura 2-16 – Relação entre Γm e Rm com cimento de baixo calor de hidratação [Okamura et al., 2000]
Figura 2-17 - Relação entre Γm e Rm e correspondente relação entre A e Vw/Vp [Okamura et al.,2000]
As relações entre Vw/Vp e A, representadas na figura 2-18, mostram que o declive
depende das propriedades das partículas sólidas presentes na argamassa.
A argamassa composta por cinzas volantes apresenta o maior declive,
aproximadamente 6, e todas as outras argamassas compostas por pós com superfície
de Blaine entre 3000 e 4000 cm2/g apresentam declives semelhantes e
aproximadamente 4. Salienta-se também que o declive é independente do tipo de
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-29
superplastificante utilizado [Okamura et al., 2000].
Figura 2-18 – Relação entre Vw/Vp e A= Rm/Γm0,4 (MC - cimento de baixo calor de hidratação; BS 4000 - escórias de alto forno com superfície Blaine 4000cm2/g; FA - cinzas volantes; SP -
superplastificante do tipo A e B) [Okamura et al., 2000]
Para a obtenção de uma argamassa com trabalhabilidade definida, que pode ser
indicada pelos parâmetros Γm e Rm, a exigência de água é tanto menor quanto maior
for o declive da recta A = K . Vw/Vp – D dessa argamassa. Esse declive varia
essencialmente com o tipo de pó que compõe a argamassa.
Conclui-se que as razões Sp/P e Vw/Vp podem ser determinadas, bastando para isso
conhecer as relações entre estas e os parâmetros resultantes dos ensaio de
espalhamento (Γm) e do ensaio do funil V (Rm) [Ouchi, 1998].
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-30
2.3.3 Agregados finos
As características dos agregados finos (areias), nomeadamente, a distribuição
granulométrica e a forma das partículas, assim como a quantidade presente na
composição do betão auto-compactável interfere no seu comportamento enquanto
fresco.
Alterações na quantidade de areia provocam alterações na porosidade e na área
superficial total de agregados. Se a quantidade de areia for muito elevada a
quantidade de pasta entre as partículas de agregados é insuficiente e a fluidez do
betão é reduzida. Se a quantidade de areia for demasiado baixa, o esqueleto granular
pode ser insuficiente para a quantidade de pasta, conduzindo a segregação e/ou
exsudação. É por isso importante definir a quantidade de areia certa para
composição de um betão auto-compactável [Fang et al., 1999].
Um dos parâmetros geralmente aceite para o estudo da quantidade de agregados
finos é a razão volumétrica entre o volume de areia com partículas de diâmetro
superior a 90µm e o volume de argamassa excluindo o ar (Vs/Vm) [Nawa et al.,
1998].
As características dos materiais usados são as apresentadas nas tabelas 2-4, 2-5 e 2-6
[Edamatsu et al., 1999]. A figura 2-19 apresenta relações entre Vs/Vm e a altura de
enchimento do betão fresco, determinada na U Box, com vários pós e com várias
areias.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-31
Tabela 2-4 – Características dos pós [Edamatsu et al., 1999]
Tipo Símbolo Densidade Finura [cm2/g]
Diâmetro médio das partículas [µµµµm]
Partículas ≥≥≥≥90µµµµm [%]
Portland normal
N 3,13 3630 13,1 0
LS4 2,71 4330 26,2 18,5 Fíler calcário
LS7 2,71 7340 4,4 0
Escórias de alto forno
BS 2,89 4120 11,9 0
Cinzas volantes
FA 2,34 4220 19,7 7,5
Tabela 2-5 – Características das areias [Edamatsu et al., 1999]
Tipo Densidade Volume sólido [%]
Módulo de finura Absorção [%]
Areia do rio 2,56 66,9 3,03 1,17
Areia da terra 2,64 68,1 2,42 0,82
Areia britada 2,67 59,1 2,45 1,04
Tabela 2-6 - Características das areias [Edamatsu et al., 1999]
Percentagem de passados [%] Tipo
0,075mm 0,15mm 0,3mm 0,6mm 1,2mm 2,5mm 5mm
Areia do rio 1,7 5 16 35 60 81 100
Areia da terra 0,8 11 37 58 69 83 100
Areia britada 5,9 12 28 46 71 98 100
Figura 2-19 – Relação entre Vs/Vm e a altura de enchimento na U Box [Edamatsu et al., 1999]
Alt
ura
de e
nchi
men
to [
mm
] N + Areia do rio N + Areia britada N + Areia da terra FA + Areia do rio FA + Areia britada LS + Areia do rio BS + Areia do rio
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-32
Quando Vs/Vm é pequena, a altura de enchimento é praticamente constante e
independente do tipo de agregado fino. No entanto a razão Vs/Vm máxima que
conduz a alturas de enchimento capaz de garantir um betão auto-compactável é
muito diferente de agregado para agregado. A razão Vs/Vm óptima é afectada pela
finura para agregados com a mesma compacidade (é o caso da areia do rio e da areia
da terra, e é ainda afectada pela compacidade para agregados com a mesma finura (é
o caso da areia da terra e da areia britada).
2.3.4 Agregados grossos
A máxima dimensão, a quantidade, a natureza e o tipo de agregados grossos
condiciona a capacidade de auto-compactação do betão. A figura 2-20 mostra a
relação entre a quantidade de agregados grossos, em volume, e a capacidade do betão
passar através de obstáculos compostos por armaduras. Verifica-se assim que o
betão perde capacidade de fluir através de obstáculos com o aumento da quantidade
de grossos e com a máxima dimensão dos agregados [JSCE, 1998].
Figura 2-20 – Volume de agregados grossos vs. capacidade do betão fluir através das armaduras [JSCE, 1998]
Cap
acid
ade
do b
etão
flu
ir
atra
vés
das
arm
adur
as [%
]
Volume absoluto de agregados grossos [m3/m3]
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-33
2.4 Método de definição da composição
A composição de um betão auto-compactável é definida de forma a satisfazer o
comportamento solicitado, nomeadamente, a auto-compactação, a fluidez, a
deformabilidade, a resistência e a durabilidade. Deste modo o estudo de composição
de um betão deve estar dividido em três fases: levantamento das condições do local
de aplicação do betão, definição do estudo de composição e verificação do estudo de
composição.
Na primeira fase, será realizado o levantamento dos condicionantes estruturais, dos
requisitos impostos por razões construtivas e das condições ambientais locais. Com
base neste levantamento é definida a resistência pretendida, a dimensão máxima dos
agregados, a classe de exposição, em suma, as especificações do comportamento do
betão.
Na segunda fase, é feita a escolha e caracterização dos componentes do betão
(cimento, adições, agregados, adjuvantes e água), seguindo-se a definição das
proporções iniciais de cada um dos componentes.
Finalmente, na terceira fase, são realizados ensaios de estudo, através de
amassaduras experimentais, por forma a aferir das características do betão obtido.
Este processo é iterativo; caso as características obtidas não satisfaçam as
especificações é necessário voltar de novo à segunda fase, proceder a rectificações e
continuar o ciclo, e assim sucessivamente [Lourenço, 1995].
2.4.1 Estudo de composição
A auto-compactação é largamente afectada pelas características dos diversos
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-34
materiais componentes assim como pelas diversas proporções com que estes entram
na mistura. É por isso necessário definir um método racional de composição de
betão auto-compactável.
Vários métodos de composição de betão auto-compactável já foram propostos, no
entanto existem dois que são os mais divulgados. O apresentado por Okamura et al.
em 1995 e o proposto pela Sociedade Japonesa de Engenheiros Civis (JSCE) em
1998.
Os últimos desenvolvimentos, de acordo com os objectivos do projecto “European
SCC”, indicam que deverá ser utilizado apenas um adjuvante com o objectivo da
auto-compactação. Para isso deve recorrer-se aos novos tipos de adjuvantes e ou a
combinações de polímeros [Bartos et al., 1999].
2.4.1.1 Método proposto por Okamura
Okamura et al. [Okamura et al., 1995] propuseram um método de estudo de
composição de betão auto-compactável simples, com a intenção de se tornar comum
o fornecimento, deste betão, por centrais de betão pronto. O método baseia-se em
manter fixa a quantidade de agregados finos e grossos e fazer o ajuste da razão
água/pó e da dosagem de adjuvante por forma a obter-se a auto-compactação.
Este método prevê os seguintes parâmetros:
a) A quantidade de agregados grossos é fixa e o seu volume absoluto igual a
50% do volume sólido. Para quantidades superiores a 50% a auto-
compactação falha frequentemente;
b) A quantidade de agregados finos, com partículas de dimensão superior a
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-35
90µm, é fixa e o seu volume absoluto igual a 40% do volume de
argamassa. Este valor é definido, pelo lado da segurança, por forma a
garantir a auto-compactação, mesmo quando existem variações na
qualidade dos materiais;
c) A razão água/pó, em volume, assume-se entre 0,9 e 1,0 dependendo das
propriedades do pó;
d) A dosagem de superplastificante e a razão água/pó final são determinadas,
recorrendo a realização de amassaduras experimentais e aos consequentes
ensaios de auto-compactação;
e) O volume de vazios entre 4 e 7% dependendo do meio ambiente a que o
betão está exposto.
Figura 2-21 – Método de estudo de composição proposto por Okamura. Adaptado de [Ouchi, 1998]
2.4.1.2 Método proposto pela JSCE
Este método foi baseado num conjunto de trabalhos de investigação assim como na
experiência adquirida na realização de algumas obras e pressupõe dois tipos de
betões auto-compactáveis [JSCE, 1998]:
a) Os “tipo pó”, a auto-compactação é baseada na grande quantidade de pó
Grossos Finos Pó Água
50% do volume sólido
40% do volume de argamassa
Valores Fixos
Valores a serem determinados com
amassaduras experimentais
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-36
presente na mistura;
b) Os “tipo agente de viscosidade”, a auto-compactação é conseguida sobretudo
com recurso à utilização de um agente de viscosidade.
Por esta razão a quantidade de água, a razão água/pó e a quantidade de pó variam
consoante o tipo de betão considerado.
Os valores para os quais o método aponta são:
a) A quantidade de agregados grossos, em volume, deve estar compreendida
entre 0,30 e 0,32m3/m3. Sendo a dimensão máxima do agregado 20 ou
25mm;
b) A quantidade de água, caso se trate de um betão “tipo agente de viscosidade”,
deve ser menor ou igual a 80 l/m3, deve ser aferida para cada tipo de agente
de viscosidade, e estar compreendida entre 155 e 175 l/m3 caso se trate de um
betão “tipo pó”;
c) A razão volumétrica água/pó e a quantidade de pó para o betão “tipo agente
de viscosidade” deve ser determinada para cada tipo de agente, e deve estar
compreendida entre 0,28 - 0,30. Para o “tipo pó” a quantidade de pó deve
estar entre 0,16 e 0,19m3/m3;
d) O volume de vazios 4,5%;
e) A quantidade de agregados finos, em volume, é a necessária para perfazer
1m3;
f) As quantidades de adjuvantes são as recomendadas pelos fabricantes.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-37
2.5 Métodos de avaliação da auto-compactação
Os métodos existentes para a realização da avaliação da auto-compactação, uma vez
que não existe qualquer normalização a esse respeito, são os mais variados, sendo
constantemente propostos novos ensaios.
Existem 3 ensaios, que são na generalidade reconhecidos, o Slump Flow, L Box e U
Box. Para a avaliação da auto-compactação estes ensaios são complementares.
Assim sendo, é prática corrente a realização do Slump Flow e o L Box ou U Box na
avaliação da auto-compactação.
O ensaio de Slump Flow (ver figura 2-9), é um método geralmente utilizado, para
avaliar a capacidade de deformação do betão, quando sujeito, somente, ao seu
próprio peso e sem qualquer restrição. Com este método não se pode avaliar a
capacidade que o betão possui de passar através das armaduras. Betões com o
mesmo Slump Flow poderão ter comportamentos distintos aquando da passagem
pelas aberturas definidas pelas armaduras, dependendo esse comportamento da
composição do betão [Noor et al., 1999].
Para o betão ser considerado auto-compactável o T50cm, isto é, o tempo para o betão
atingir os 50cm de diâmetro, deve estar compreendido entre 1 e 2s [Sonebi et al.,
1999] e o Slump Flow deve ser 660±60mm [Petersson et al., 1998].
O ensaio L Box, é geralmente utilizado para avaliar a capacidade do betão fluir
através do intervalo das armaduras. É por isso, possível aferir propriedades tais
como a fluidez, o bloqueio e a segregação.
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-38
Figura 2-22 – Ensaio de L Box [Petersson et al., 1998]
A avaliação da auto-compactação pode ser feita através de dois critérios, a razão
H2/H1 e a diferença 600-H1, no primeiro a razão deve ser superior a 60%, e no
segundo, a diferença deve ser superior a 490mm [Petersson et al., 1998]. O segundo
critério é o mais divulgado e utilizado.
No ensaio U Box, é possível avaliar a capacidade de auto-compactação do betão
através da altura a que o betão sobe depois de ultrapassar os obstáculos compostos
por armaduras. Este ensaio é sobretudo indicado para avaliar a segregação entre os
elementos grossos e finos [Ouchi, 1999].
Figura 2-23 – Ensaio U Box [Okamura et al., 2000]
Os betões com altura de preenchimento superiores a 300mm consideram-se auto-
Abertura da porta central
Alt
ura
de
ench
imen
to B
etão
3φ12 // 34mm
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-39
compactáveis [Ouchi, 1999].
2.6 Aplicações do betão auto-compactável
Japão
Desde o desenvolvimento do betão auto-compactável, que a aplicação deste betão em
estruturas tem vindo a aumentar. O volume de betão auto-compactável produzido
por centrais de betão representa 0,1% da totalidade da produção de betão.
Um exemplo de aplicação de betão auto-compactável foi a construção das duas
ancoragens da ponte Akashi-Kaikyo (figura 2-25), uma ponte suspensa com o maior
vão do mundo (1991m). O betão foi produzido numa central perto do local da obra e
transportado por bombágem numa extensão de 200m. No cômputo geral o uso de
betão auto-compactável conduziu a uma redução no tempo de execução das
ancoragens, da ordem dos 20%, de 2,5 para 2 anos [Ouchi, 1998a].
Figura 2-24 – Ponte Akashi-Kaikyo. Ancoragem 4A [Ouchi, 1998a]
Uma outra aplicação de betão auto-compactável foi a execução das paredes de um
grande tanque da Osaka Gas Company (figura 2-26). O volume de betão utilizado
foi de 12000m3 e as dimensões estruturais são 84,2m de diâmetro, 38,4m de altura e
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-40
0,80m de espessura. A opção pelo betão auto-compactável baseou-se em três factos:
o número de lotes de betão diminuía de 14 para 10; o número de trabalhadores
afectos ao betão reduzia de 150 para 50 e o tempo de construção diminuía 4 meses,
de 22 para 18 [Ouchi, 1998a] [Kitamura et al., 1998].
Figura 2-25 - Tanque da Osaka Gas Company [Ouchi, 1998a]
Suécia
A tecnologia de aplicação de betão auto-compactável em pontes tem sido
desenvolvida em conjunto por uma empresa de construção e um instituto de
investigação. Nesse seguimento, até 1998, foram realizadas três pontes em betão
auto-compactável. As pontes são relativamente pequenas. O volume total de betão
auto-compactável aplicado nas três pontes foi de 590m3 [Petersson et al., 1998 e
Skarendahl, 1998].
Canadá
Só há relativamente pouco tempo se materializou a aplicação de betão auto-
compactável, e mesmo assim, a maioria destas aplicações consistem em estudos
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-41
pilotos e demonstrações, em cooperação com vários parceiros e envolvendo
pequenas quantidades de betão.
Alguns dos projectos mencionados são: a reabilitação de uma viga de betão armado
no Webster Parking Garage em Sherbrooke; a reabilitação de uma laje e de uma viga
no Beauharnois Dam perto de Montreal e a construção de muros de suporte em
edifícios de habitação [Khayat et al., 1998].
Tailândia
O betão auto-compactável tem sido utilizado na Tailândia desde 1992, no âmbito do
projecto de utilização das cinzas volantes, visto que só 10% das cinzas disponíveis
são utilizadas. As duas maiores obras realizadas com betão auto-compactável são:
estrutura de fornecimento de água para uma torre de refrigeração (4000m3) e viaduto
numa auto-estrada [Tangtermsirikul, 1998].
Betão auto-compactável
Betão auto-compactável – Metodologia de composição 2-42