ÍNDICE - civil.fe.up.ptcivil.fe.up.pt/pub/apoio/ano1/CienciaDosMateriais/apontamentos/... · Conhecimentos básicos sobre materiais Simbiose de conhecimentos sobre estrutura, propriedades,

I

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO

1.1 Generalidades 1

1.2 Materiais e engenharia 2

1.3 Ciência e engenharia de materiais 3

1.4 Tipos de materiais 4

1.4.1 Materiais metálicos 5

1.4.2 Materiais poliméricos (Plásticos) 8

1.4.3 Materiais cerâmicos 10

1.4.4 Materiais compósitos 10

1.4.5 Materiais electrónicos 12

1.5 Comparação e variabilidade dos materiais 12

1.5.1 Selecção de materiais 12

1.5.2 Variabilidade 13

1.6 Resumo 15

1.7 Definições 15

2. MATERIAIS EM ENGENHARIA CIVIL 17

2.1 Considerações gerais 17

2.2 Betão. Definição 19

3. GESSO 21

3.1 Introdução 21

3.2 Presa e endurecimento 23

3.3 Resistências mecânicas 25

3.4 Outras propriedades 26

3.5 Aplicações 27

4. CAL AÉREA E CAL HIDRÁULICA 31

4.1 Introdução 31

4.2 Cal aérea 31

4.3 Endurecimento da cal aérea 33

4.4 Aplicações da cal aérea 34

4.5 Cal hidráulica 34

4.6 Presa e endurecimento da cal hidráulica 36

4.7 Algumas propriedades e aplicações de cal hidráulica 36

4.8 Fabrico de cal 37

4.9 Comercialização de cais 38

4.10 Normalização 38

II

5. CIMENTOS

5.1 Introdução 44

5.2 Definição 45

5.3 Composição da matéria prima 46

5.4 Fabrico 47

5.4.1 Considerações gerais 47

5.4.2 Preparação do cru 47

5.4.3 Cozedura em forno rotativo 49

5.4.4 Arrefecimento do clinquer. Moagem 52

5.5 Principais componentes do clinquer Portland

5.5.1 Considerações gerais 56

5.5.2 Componentes da matéria prima 56

5.5.3 Notação abreviada 57

5.5.4 Módulos 57

5.5.5 Componentes principais do clinquer 59

5.5.6 Cálculo dos componentes principais do cimento Portland 62

5.6 Hidratação 64

5.6.1 Presa, endurecimento hidratação 65

5.6.2 Hidratação e microestrutura 70

5.6.3 Calor de hidratação dos componentes 73

5.6.4 Resistência dos componentes hidratados 76

5.6.5 A água no cimento hidratado 77

5.6.6 Resistência química 79

5.7 Propriedades físicas, mecânicas e Químicas dos cimentos 81

5.7.1 Massa volúmica dos cimentos 81

5.7.2 Finura 83

5.7.2.1 Introdução 83

5.7.2.2 Métodos de determinação da finura de um cimento 84

5.7.3 Resistências mecânicas 91

5.7.4 Presa 96

5.7.5 Falsa presa 98

5.7.6 Expansibilidade 98

5.7.6.1 Expansibilidade causada por óxido de cálcio livre 99

5.7.6.2 Expansibilidade causada pelo óxido de magnésio 100

5.7.6.3 Expansibilidade causada por sulfatos de cálcio 101

5.7.7 Resíduo insolúvel 101

5.7.8 Perda ao fogo 102

5.7.9 Cloretos 102

III

6. AGREGADOS PARA ARGAMASSAS E BETÕES

6.1 Introdução 105

6.2 Classificação dos agregados 108

6.2.1 Classificação petrográfica e mineralógica 109

6.2.2 Classificação segundo a densidade 111

6.2.2.1 - Classificação de acordo com a massa volúmica 111

6.1.2.2 - Classificação segundo a baridade 112

6.2.3 - Classificação segundo as dimensões das partículas 113

6.3 Propriedades dos agregados 114

6.3.1 Granulometria 114

6.3.1.1 Análise granulométrica 117

6.3.1.2 Peneiros e suas características 119

6.3.1.3 Procedimento para obtenção de uma análise granulométrica 121

6.3.1.4 Curva granulométrica 123

6.3.1.4.1 Traçado da curva granulométrica 123

6.3.1.4.2 Mistura de agregados 126

6.3.1.4.3 Fraccionamento de um agregado 127

6.3.1.5 Módulo de finura 129

6.3.1.6 Designação do agregado 129

6.3.1.7 Peneiros a utilizar futuramente 131

6.3.2 Formas das partículas 132

6.3.2.1 Generalidades 132

6.3.2.2 Determinação do índice volumétrico 135

6.3.2.3 A influência da forma na trabalhabilidade do betão 137

6.3.3 - Resistência mecânica 138

6.3.3.1 Determinação da tensão de rotura da rocha originária 139

6.3.3.2 Ensaios de compressão confinada-esmagamento 141

6.3.3.3 Ensaio de desgaste 144

6.3.3.4 Ensaios sobre partículas individuais 148

6.3.3.5 - Ensaios comparativos 148

3.4 - Resistência à humidificação e secagem 149

3.5 - Resistência à congelação 149

REFERÊNCIAS 152

Ciência dos Materiais – 1ª Parte Documento Provisório-2002

Joana de Sousa Coutinho

1

1. INTRODUÇÃO

1.1 Generalidades

Como engenheiros o nosso trabalho é projectar mas qualquer projecto não é

mais do que isso até se começar a usar materiais e convertê-los em artefactos que

funcionam. Basicamente existem três questões que é necessário conhecer sobre os

materiais:

1 - Como se comportam em serviço?

2 - Porque razão apresentam determinado comportamento?

3 - Que fazer para alterar esse comportamento?

O conceito do “estudo dos átomos” não é novo. Os Gregos e em especial

Democritus (cerca de 460 AC), idealizavam a partícula individual elementar mas os

seus conhecimentos científicos não se estendiam à observação e experimentação. Para

tal houve que esperar cerca de dois séculos até Dalton, Avogadro e Cannizzaro

formularem a teoria atómica, tal como a conhecemos hoje. E muitos mistérios

continuam por desvendar, um facto que é tão reconfortante como provocador. Assim, ao

abordar o assunto desta forma, está-se a considerar a partir dos tempos antigos, a

evolução do pensamento sobre o universo e o modo como funciona.

Um outro conceito importante é mais recente. A Engenharia está muito

preocupada com a mudança do estado “descarregado” para “em carga” (em serviço), as

consequências da mudança de temperatura, do ambiente, etc.. Os primeiros estudos de

mudança de estado são atribuídos a Sadi Carnot (1824), mais tarde desenvolvidos por

cientistas como Clausius, Joule e outros, produzindo ideias tais como a conservação de

energia, do trabalho, etc.. Desde os primeiros estudos realizados com motores movidos

a calor que a respectiva ciência foi designada por termodinâmica, mas, se se generalizar

esta ciência, de facto corresponde à arte e conhecimento de como gerir, controlar e

utilizar a transferência de energia – quer seja energia atómica, energia das marés ou

mesmo, por exemplo, a energia de uma plataforma a ser içada.

Em muitos cursos de engenharia, a termodinâmica é tratada como assunto à

parte mas, porque as suas aplicações ditam regras que nenhum engenheiro pode ignorar,

apresenta-se em seguida uma pequena discussão sobre o assunto:



2

Que regras são estas que nenhum engenheiro pode ignorar? Em resumo (e de

uma forma humorística) são as seguintes:

1 – Não é possível “ganhar”, isto é, não é possível retirar de um sistema mais do

que se lhe fornece.

2 – Não é possível “empatar” – em qualquer mudança alguma coisa se perde e

mais precisamente, o que se perde é inútil para o fim que se tem em vista.

Assim, qualquer engenheiro deverá lembrar-se que a engenharia tem tudo a ver

com compromisso e negócio. Pode-se fazer variar algumas propriedades – como por

exemplo a resistência, mas não outras, tais como a densidade. Se pretendesse projectar

aviões poderia, em princípio, decidir entre resistência máxima e peso mínimo. Claro que

é necessário chegar a um compromisso e a engenharia tem a ver justamente com

encontrar soluções óptimas (Biggs, 1994).

No passado a informação sobre o comportamento dos materiais tem tido como

origem três fontes diferentes. Em primeiro lugar (fonte empírica) a partir de ensaios

mecânicos de provetes que tem fornecido valores tais como a resistência ou módulo de

elasticidade com o intuito específico de fornecer dados para análise estrutural ou outro

tipo de análise. Em segundo lugar, (fonte da prática), a não ser subestimado, encontram-

se as experiências combinadas de técnicos envolvidos no processamento,

manuseamento e colocação de materiais. Em terceiro lugar (fonte científica) aparecem

os estudos mais sofisticados de estruturas físicas e químicas dos materiais propriamente

ditos no conjunto da Ciência de Materiais.

Em engenharia civil as três fontes – empírica, prática e científica, tem

frequentemente estado pouco interligadas em detrimento quer do conhecimento dos

materiais quer do seu tratamento na prática.

Um dos objectivos da Ciência dos Materiais é apresentar uma panorâmica mais

articulada em que o conhecimento dos materiais é desenvolvido a partir da informação

sobre a sua estrutura estando subjacente um enquadramento lógico para a prática e

empirismo (Illston, 1994).

1.2 Materiais e engenharia

Materiais são substâncias com as quais se fazem objectos. Desde os primórdios

da civilização, o Homem tem usado os materiais, conjuntamente com a energia, para



3

melhorar os seus padrões de vida. Os materiais são parte integrante da nossa vida, uma

vez que os produtos são feitos de materiais. Madeira, betão, tijolo, aço, plástico,

vidro, borracha, alumínio, cobre e papel são alguns materiais frequentemente

utilizados. No entanto, existem muitos mais tipos de materiais. Em resultado das

actividades de investigação e desenvolvimento tecnológicos, novos materiais estão

frequentemente a ser inventados.

A produção de materiais e seu processamento de modo a obterem-se produtos

acabados constituem uma fatia importante da economia moderna. Cabe aos engenheiros

conceber a maioria dos produtos fabricados e definir as tecnologias necessárias para a

sua produção. Uma vez que qualquer produto incorpora materiais, os engenheiros

devem ser conhecedores da estrutura interna e das propriedades dos materiais, de modo

a estarem aptos a seleccionar os mais adequados para cada aplicação e a serem capazes

de desenvolver os melhores métodos de produção (Smith, 1998).

1.3 Ciência e engenharia de materiais

A ciência de materiais visa fundamentalmente a descoberta de conhecimentos

básicos nos domínios da estrutura interna, das propriedades e do processamento de

materiais. A engenharia de materiais dedica-se essencialmente à aplicação desses

conhecimentos científicos, de modo a que os materiais possam ser convertidos em

produtos úteis ou desejados pela sociedade. A designação ciência e engenharia de

materiais combina ambos os aspectos referidos anteriormente. A ciência de materiais

situa-se num dos extremos do espectro de conhecimentos sobre os materiais (do lado do

conhecimento dito fundamental), enquanto a engenharia de materiais se situa no outro

extremo (do lado do conhecimento dito aplicado), não existindo, no entanto, uma linha

de demarcação entre os dois conceitos - Figura 1.1.

Figura 1.1- Espectro do conhecimento sobre materiais. A combinação destes conhecimentos, que derivam da ciência e da engenharia de materiais, permite aos engenheiros converter os materiais em produtos

necessários à sociedade (Smith, 1998).

Conhecimentos básicos sobre

materiais

Simbiose de conhecimentos sobre estrutura, propriedades, métodos

de processamento e comportamento em serviço de

materiais de engenharia

Conhecimento aplicado sobre

materiais

Ciencia de materiais Ciencia e engenharia de

materiais Engenharia de

materiais



4

A Figura 1.2 mostra um diagrama com três regiões concêntricas, que indica as

relações entre as ciências básicas, a ciência e a engenharia de materiais, e as outras

especialidades de engenharia. As ciências básicas estão localizadas no núcleo do

diagrama, enquanto que as várias especialidades de engenharia (mecânica,

electrotécnica, civil, química, etc.) se localizam no anel mais exterior. Ciências

aplicadas, como a metalurgia e as ciências de polímeros e de cerâmicos, situam-se no

anel intermédio. Conforme mostra a figura, a ciência e engenharia de materiais forma

uma ponte de conhecimentos no domínio dos materiais, que liga as ciências básicas às

outras especialidades de engenharia (Smith, 1998).

Figura 1.2 - Espectro do conhecimento sobre materiais. A combinação destes conhecimentos, que

derivam da ciência e da engenharia de materiais, permite aos engenheiros converter os materiais em produtos necessários á sociedade (Smith, 1998).

1.4 Tipos de materiais

Por razões de conveniência, a maioria dos materiais de engenharia são divididos

em três classes: materiais metálicos, materiais poliméricos (ou plásticos) e materiais

cerâmicos. Para além das três classes principais, consideraremos outros tipos de

materiais, os materiais compósitos e os materiais electrónicos, devido à sua grande

importância em engenharia (Smith, 1998).



5

1.4.1 Materiais metálicos

Estes materiais são substâncias inorgânicas que contêm um ou mais elementos

metálicos e que podem também conter alguns elementos não metálicos. O ferro, o

cobre, o alumínio, o níquel e o titânio são exemplos de elementos metálicos. Como

exemplos de elementos não metálicos que podem fazer parte da composição de

materiais metálicos citam-se o carbono, o azoto e o oxigénio. Os metais possuem uma

estrutura cristalina, na qual os átomos se dispõem de um modo ordenado. Os metais são

geralmente bons condutores térmicos e eléctricos. Muitos deles são relativamente

resistentes e dúcteis à temperatura ambiente, e muitos mantêm uma boa resistência

mecânica mesmo a temperaturas elevadas.

Os materiais metálicos (metais e ligas metálicas)1 são habitualmente divididos

em duas classes: a dos metálicos ferrosos, que contêm uma percentagem elevada de

ferro, tais como os aços e os ferros fundidos, e a dos materiais metálicos não ferrosos,

que não contêm ferro ou em que o ferro surge apenas em pequena quantidade. O

alumínio, o cobre, o zinco, o titânio, o níquel, assim como as respectivas ligas, são

exemplos de materiais metálicos não ferrosos.

A figura 1.3 apresenta a fotografia de um motor a jacto de um avião comercial

feito essencialmente de ligas metálicas. As ligas metálicas usadas no interior do motor

têm de ser capazes de suportar as elevadas temperaturas e pressões que se geram

durante o seu funcionamento. Foram necessários muitos anos de investigação e

desenvolvimento tecnológico, realizado por cientistas e engenheiros, para aperfeiçoar

este motor de alto rendimento. A Figura 1.4 mostra como, nos anos mais recentes, os

materiais e as tecnologias de fabrico têm estado associados ao aumento de eficiência

dos motores de propulsão por turbina a gás, Num futuro próximo, a utilização de

materiais compósitos de matriz metálica ou de matriz cerâmica pode mesmo conduzir a

crescentes aumentos de eficiência (Smith, 1998).

1 1 Uma liga metálica consiste numa combinação de dois ou mais metais ou de um metal (ou

metais) com um não metal (ou não metais).



6

Figura 1.3 – O motor de avião a jacto (PW2037) é feito essencialmente de ligas metálicas. Neste motor

são utilizadas as mais recentes ligas de níquel, resistentes a altas temperaturas e com elevada resistência mecânica (Smith, 1998).

Figura 1.4 – Os materiais e tecnologias de fabrico tem estado associadas, ao longo dos últimos anos, ao

aumento da eficiência dos motores de propulsão por turbina a gás (Smith, 1998).

As ligas metálicas são muito usadas em engenharia civil e em conjunto com o

betão constitui um dos materiais mais comuns na construção civil: o betão armado. Nas



7

Figuras 1.5 a 1.8 apresentam-se obras realizadas com ligas metálicas e betão armado

(material compósito).

Figura 1.5 – Torre Eiffel de 300m de altura em ferro forjado, concluída em 1889, com fundações

realizadas em betão armado ( Collins, 2001).

Figura 1.6 – Ponte D. Luís, no Porto.



8

Figura 1.7 – Construção de um reservatório em betão armado (Oland e Baker, 2001).

Figura 1.8 – Golden Gate bridge com um vão de 1280m, concluída em 1937, é suportada por dois cordões

de aço de pré-esforço com 0.924m2 de área formados com 27572 cabos.

1.4.2 Materiais poliméricos (Plásticos)

A maioria dos materiais poliméricos é constituída por cadeias longas ou redes de

moléculas orgânicas (contendo carbono). No que respeita à estrutura, a maioria dos

materiais poliméricos é não cristalina, embora alguns sejam constituídos por misturas de

regiões cristalinas e não cristalinas. A resistência mecânica e a ductilidade dos materiais

poliméricos variam bastante. Devido à natureza da sua estrutura interna, a maioria dos



9

materiais poliméricos é má condutora de electricidade. Alguns destes materiais são

mesmo bons isoladores e, por isso, são usados nas correspondentes aplicações eléctricas

- Figura 1.9. Em geral, os materiais poliméricos possuem densidades baixas e amaciam

ou decompõem-se a temperaturas relativamente baixas (Smith, 1998).

Figura 1.9 – A placa de circuito e as ligações aqui apresentadas utilizam o termoplástico de engenharia poliéter-etercetona, de modo a satisfazer as rigorosas exigências de resistência mecânica e estabilidade dimensional a altas temperaturas e a garantir a integridade do material sob condições de soldadura (Smith, 1998).

Em construção civil utilizam-se muitos materiais poliméricos –Figura 1.10 e 1.11.

Figura 1.10 – Cabeça de ancoragem e bainhas (Dywidag).

Figura 1.11– Esquema e fotografia de um sistema de pré-esforço (Dywidag).



10

1.4.3 Materiais cerâmicos

Os cerâmicos são materiais inorgânicos constituídos por elementos metálicos e

não metálicos ligados quimicamente entre si. Os materiais cerâmicos podem ser

cristalinos, não cristalinos, ou misturas dos dois tipos. A maioria dos materiais

cerâmicos possui elevada dureza e grande resistência mecânica a altas temperaturas;

mas têm tendência a ser frágeis. Nos últimos anos, desenvolveram-se novos materiais

cerâmicos para aplicação em motores. As vantagens da utilização de materiais

cerâmicos em motores derivam do seu baixo peso, grande resistência mecânica e

dureza, boa resistência quer ao calor quer ao desgaste, baixo coeficiente de atrito, e

também das suas propriedades isolantes.

O facto de serem isolantes, conjuntamente com a resistência ao calor e ao

desgaste, faz com que muitos cerâmicos sejam utilizados no revestimento de fornos para

fusão de metais tais como o aço. Uma aplicação importante dos cerâmicos na

engenharia aeroespacial são os painéis do vaivém espacial (space shuttle). Ao painéis de

ladrilhos cerâmicos protegem termicamente a estrutura interna de alumínio do vaivém,

quer durante a subida quer na reentrada na atmosfera da Terra (Smith, 1998).

Na construção civil os cerâmicos utilizam-se desde longa data – Figura 1.12.

Figura 1.12 – Exemplos de materiais cerâmicos usados na construção civil.

1.4.4 Materiais compósitos

Os materiais compósitos são misturas de dois ou mais materiais. A maioria dos

materiais compósitos consiste numa mistura de um material de reforço ou de

enchimento, devidamente seleccionado, com um material compatível que serve de

ligante (ou matriz), de modo a obterem-se determinadas características e propriedades.



11

Geralmente, os componentes não se dissolvem uns nos outros e podem ser fisicamente

identificados pelas interfaces que os separam. Existem muitos tipos de compósitos. Um

grande número deles é do tipo fibroso (formados por fibras no seio de uma matriz) ou

de partículas (formados por partículas no seio de uma matriz). Existem também muitas

combinações diferentes de reforços e de matrizes. Dois tipos mais relevantes de

materiais compósitos modernos, para aplicação em engenharia, são constituídos por

fibras de vidro numa matriz de poliéster ou de resina epoxídica e por fibras de carbono

numa matriz de resina epoxídica (Smith, 1998). Dão-se exemplos de materiais

compósitos na Figura 1.13.

Figura 1.13 – Exemplos de materiais compósitos.

Betão

Fibra de vidro em pasta de cimento (Hollaway e Hannant, 1998)

Mantas de fibra de vidro (Smith, 1998)



12

1.4.5 Materiais electrónicos

Os materiais electrónicos não constituem um grupo importante em termos de

volume de materiais, mas são um grupo extremamente importante em termos de

tecnologias avançadas. O material electrónico mais importante é o silício puro, o qual é

modificado de várias maneiras, a fim de se alterarem as suas características eléctricas.

Um grande número de circuitos electrónicos complexos pode ser miniaturizado num

chip de silício, isto é, num cristal de silício, com a forma de um quadrado com cerca de

0,635 cm (1/4 de polegada) de lado. Foram os sistemas de microelectrónica que

tornaram possível o aparecimento de novos produtos e equipamentos, tais como os

satélites de comunicação, os computadores, as calculadoras de bolso, os relógios

digitais e os robots de soldadura (Smith, 1998).

1.5 Comparação e variabilidade dos materiais

1.5.1 Selecção de materiais

A variabilidade das composições física e química dos diversos materiais tem de

ser considerada pelos utilizadores ligados ao projecto de estruturas que tem de

estabelecer critérios formais para definir que materiais se devem utilizar.

O engenheiro terá que considerar a aptidão do material escolhido para a estrutura

projectada. O critério mais importante na selecção do material é justamente a aptidão-

para-o-uso, pois é necessário garantir que o material apresente um desempenho

satisfatório quer durante a fase construtiva, quer em serviço, quando a estrutura já

estiver construída. Satisfazer este critério será, provavelmente, ter que considerar as

propriedades principais do material:

a) O material terá que ser suficientemente resistente de modo a resistir às cargas a que a estrutura estará sujeita.

b) Os elementos fabricados com o material não poderão deformar-se demasiado.

c) O material não poderá degradar-se significativamente durante o período de vida útil da estrutura.

d) Outros aspectos poderão ser incluídos no critérios da aptidão-para-o-uso. Por exemplo, a impermeabilidade poderá ser essencial, ou o prazo de construção. Também a estética e os efeitos no ambiente não podem ser esquecidos.



13

Em muitas situações práticas existe mais de um material que satisfaz os critérios

de aptidão-para-o-uso. Por exemplo elementos em tracção poderão ser feitos de aço ou

madeira, placas de revestimento de edifícios poderão ser executados com compósitos de

fibras, metal, madeira ou alvenaria. Então a questão será resolvida pelo engenheiro que

terá de decidir e julgar qual o material que é mais adequado entre os que satisfazem os

critérios de aptidão-para-o-uso. Á primeira vista parecerá simples esta decisão mas

mesmo com vastos conhecimentos e informações sobre cada material é muitas vezes

necessário recorrer á ajuda de especialistas.

Um outro critério que pode resolver e, em geral, resolve a questão de qual o

material mais adequado dentro dos com aptidão-para-o-uso, é a questão do CUSTO. O

custo estimado de uma obra não poderá exceder, evidentemente, o valor disponível, e

muitas vezes a solução escolhida é a mais barata. Aparentemente esta solução é um

critério simples em que se comparam valores de custos entre as várias soluções. Na

prática, não é assim tão simples. Pois por exemplo poderá haver dificuldades em

interpretar o balanço entre o primeiro investimento e custos de manutenção, ou, por

exemplo, avaliar os custos dos efeitos de não cumprimento de prazos de construção

causado por entregas tardias na obra, do material escolhido (prazos de entrega não

garantidos). (Illston, 1998)

1.5.2 Variabilidade

O utilizador de materiais terá então de considerar os critérios de aptidão-para-o-

uso para decidir que material empregar. Uma questão importante reside na variabilidade

das propriedades do material em si. Esta variabilidade depende claramente da

homogeneidade do material na estrutura, que, por sua vez depende de como o dito

material foi produzido.

Num extremo da escala a produção de aço constitui um processo bem

desenvolvido e controlado pelo que um determinado tipo de aço pode ser facilmente

reproduzido e a variabilidade de propriedades como a resistência é reduzida; No

extremo oposto a madeira natural que apresenta nós e defeitos que conduzem

inevitavelmente a uma variação maior dos valores das propriedades.

A maioria das propriedades varia de acordo com a Lei Normal ou de Gauss:



14

−−= 2

2

2)(exp

21

σπσxxy

em que:

y é a função densidade de probabilidade

x é a variável

Consideremos que x representa por exemplo, a resistência. Então esta

propriedade pode ser representada por dois números:

A resistência média, x , para n amostras, é dada por:

nx

x ∑=

A variação da resistência, representada pelo desvio padrão σ , é dada por:

∑ −−

=1)( 2

2

nxxσ

O desvio padrão apresenta as mesmas unidades que a variável e expressa a sua

variabilidade. Para se compararem diferentes materiais ou diversos tipos do mesmo

material, utiliza-se o coeficiente de variação que é uma grandeza adimensional:

xvc σ=..

Como em principio a madeira natural tem maior variabilidade do que o aço, para

propriedades comparáveis o coeficiente de variação será maior na madeira. É possível

reduzir o coeficiente de variação quando o material é fabricado. Por exemplo, o

coeficiente de variação de aglomerado de madeira é bastante menor do que de madeira

natural.

Apresentam-se valores típicos da resistência média e coeficientes de variação de

alguns materiais no Quadro 1.1 obtidos em ensaios em provetes do mesmo lote ou

amassadura dos material típico (Illston, 1998).



15

Quadro 1.1 – Resistências e coeficientes de variação de alguns materiais de construção (Illston, 1998)

1.6 Resumo

A ciência de materiais e a engenharia de materiais (conjuntamente, ciência e

engenharia de materiais) formam uma ponte de conhecimentos sobre materiais, que liga

as ciências básicas às diversas especialidades de engenharia. A ciência de materiais visa

essencialmente a descoberta de conhecimentos fundamentais sobre os materiais,

enquanto a engenharia de materiais se dedica principalmente à aplicação desses

conhecimentos.

Os três tipos principais de materiais são: os materiais metálicos, os materiais

poliméricos e os materiais cerâmicos. Existem, no entanto, outros dois tipos de

materiais que são muito importantes nas tecnologias modernas: os materiais compósitos

e os materiais electrónicos. Neste livro, serão tratados todos estes tipos de materiais.

Os materiais competem uns com os outros na conquista dos mercados actuais e

futuros, pelo que é frequente assistir-se, para determinadas aplicações, à substituição de

um material por outro. A disponibilidade de matérias primas, os custos de produção,

bem como o desenvolvimento de novos materiais e de novas técnicas de fabrico, são os

principais factores que provocam mudanças no consumo dos materiais (Smith, 1998)

1.7 Definições

Materiais: substâncias com as quais se fazem objectos. A designação materiais

de engenharia é usada, por vezes, em referência específica aos materiais que se utilizam

para o fabrico de produtos técnicos. Contudo, não há uma linha de separação clara entre

as duas designações, pelo que ambas são usadas indistintamente.

Material Resistência média c.v. comentário MPa % Aço 460 tracção 2 Aço macio de construção Betão 40 compressão 15 Betão de massa volúmica normal.

Provetes cúbicos.28 dias. Madeira 30 tracção 35 Resinosas, não classificada 120 tracção 18 Sem nós,de resinosas, paralelamente ás

fibras 11 tracção 10 Contraplacado estrutural Compósitos cimentícios com fibras

18 tracção 10 Fibras contínuas de polipropileno com 6% (em volume) na direcção das tensões

alvenaria 20 compressão 10 Muros pequenos de tijolo com argamassa



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Ciência de materiais: disciplina científica que visa fundamentalmente a

descoberta de conhecimentos básicos sobre a estrutura interna, as propriedades e o

processamento de materiais.

Engenharia de materiais: especialidade de engenharia que se dedica

essencialmente à aplicação dos conhecimentos científicos sobre materiais, de modo a

que estes possam ser convertidos em produtos úteis ou desejados pela sociedade.

Materiais metálicos (metais e ligas metálicas): materiais caracterizados por

possuírem elevadas condutividades térmica e eléctrica. A título de exemplo, citam-se o

ferro, o aço, o alumínio e o cobre.

Materiais metálicos ferrosos: materiais metálicos que contêm uma

percentagem elevada de ferro, tais como os aços e os ferros fundidos.

Materiais metálicos não ferrosos: materiais metálicos que não contêm ferro ou

em que o ferro surge apenas em pequena quantidade. O alumínio, o cobre, o zinco, o

titânio e o níquel, bem como as respectivas ligas, são exemplos de materiais não

ferrosos.

Materiais cerâmicos: materiais formados por compostos de metais com não

metais. São geralmente duros e frágeis. Os materiais feitos de argila, o vidro e o óxido

de alumínio, compactado e densificado a partir de pós, constituem exemplos de

materiais cerâmicos (Smith, 1990).

Materiais poliméricos: materiais formados por longas cadeias moleculares de

elementos leves, tais como o carbono, o hidrogénio, o oxigénio e o azoto. A maioria dos

materiais poliméricos tem uma condutividade eléctrica baixa. O polietileno e o cloreto

de polivinilo (PVC) são exemplos de materiais poliméricos.

Materiais compósitos: materiais que consistem em misturas de dois ou mais

materiais. A título de exemplo, citam-se os materiais constituídos por fibras de vidro

numa matriz de poliéster ou de resina epoxídica. (Smith, 1990). O betão, a madeira

(celulose e lenhina) e os ossos, são exemplos de materiais compósitos.

Materiais electrónicos: materiais usados em electrónica, e especialmente em

microelectrónica. Citam-se, a título de exemplo, o silício e o arsenieto de gálio (Smith,

1998).

Ciência de Materiais – 1ª Parte Documento Provisório-2002


17

2. MATERIAIS EM ENGENHARIA CIVIL

2.1 Considerações gerais O betão e o aço são os materiais estruturais mais usados, por vezes completando-

se e noutras vezes competindo um com o outro de tal forma que estruturas de tipo e

função semelhantes poderão ser construídas quer com um quer com o outro material de

construção. No entanto, muitas vezes o engenheiro conhece pior o betão de uma

estrutura do que o aço. De facto o aço é produzido sob condições cuidadosamente

controladas e as suas propriedades são determinadas em Laboratório sendo referidas nos

documentos de certificação emanados do produtor. Isto é, o projectista apenas terá que

especificar o aço de acordo com as normas em vigor e o engenheiro da obra terá que

verificar que as tarefas de ligação dos vários elementos de aço sejam bem realizadas.

Numa obra em betão a situação é totalmente diferente, pois, embora a qualidade

do cimento seja garantida pelo produtor de cimento de uma forma semelhante ao que

acontece com o aço e se utilizem materiais cimentícios adequados, é o betão, e não o

cimento, que constitui o material de construção. Os elementos estruturais numa obra em

betão em geral são betonados in situ e utilizando-se os materiais adequados, a sua

qualidade vai depender sobretudo da mão-de-obra que produz, coloca e cura o betão.

Como a disparidade nos métodos de produção do aço e do betão é tão evidente

torna-se muito importante o controlo de qualidade na obra quando é utilizado o material

betão. Além disso a mão-de-obra ligada à produção do betão não é especializada como

noutros tipos de tarefas, tornando-se essencial a fiscalização na obra. Estes factos devem

estar presentes na mente do projectista na medida em que um projecto cuidado e

detalhado pode ser facilmente viciado se as propriedades do betão efectivamente

produzido em obra se desviarem muito das propriedades previstas no projecto.

Do que foi dito não se deverá concluir que é difícil produzir bom betão, pois o

betão de má qualidade que se caracteriza, por exemplo, por uma trabalhabilidade

inadequada e que endurece transformando-se numa massa não homogénea e com ninhos

de pedra, também provem da mistura de cimento, agregados e água. Isto é, os

ingrediente de um bom betão são exactamente os mesmos de um mau betão e a

diferença entre os dois reside na técnica e conhecimentos do “como fazer” (Neville,

1995).



18

De facto os processos envolvidos na produção de cimento e betão são complexos,

como se verifica na Figura 2.1.

matérias primas

moagem do cruhomogeneização

calcinaçãoqueima

arrefecimentoalimentação do forno

clinquer

moagem

água

adjuvantes

adições

adiçõesminerais

adiçõesquimícas

agregados

armazenamentocimento

betão

Figura 2.1 – Fluxograma de materiais e processos na produção de cimento e betão (Johansen, 1999).

As propriedades do betão endurecido são da maior importância e dependem da

complexa estrutura interna deste material. Além disso o comportamento do betão fresco

e enquanto plástico tem uma influência crucial na estrutura interna e, consequentemente

nas propriedades do material endurecido. Acresce ainda que a estrutura interna e,

portanto, as respectivas propriedades, vão evoluindo ao longo do tempo, interagindo

com o ambiente em que o betão está inserido (Construction Materials, 1996).

Assim, saber fazer “betão de qualidade” implica avaliar o ambiente onde a

estrutura do betão vai ser inserida, procurando prever as interacções ambiente/betão;

conhecer o comportamento dos constituintes; controlar as fases de produção, transporte,



19

colocação, compactação - isto é, o seu comportamento no estado fresco, assim como

garantir uma eficiente protecção e cura.

Um betão de qualidade assim concebido e realizado terá uma estrutura interna que

evolui ao longo do tempo mas cujas propriedades satisfazem os requisitos pretendidos

durante o período de vida útil prevista para essa estrutura.

Em resumo, poder-se-á dizer que o BETÃO é um material compósito cujas

propriedades dependem:

- da qualidade dos constituintes

- da qualidade de mão-de-obra que o produz e coloca

- das condições ambientais a que estará exposto durante a sua vida útil (Skalny,

1989).

Repare-se que com a evolução dos conhecimentos actuais relacionados com o

betão, torna-se fundamental que os engenheiros, empreiteiros e técnicos ligados à

construção levem a sério o desafio proposto por Sitter e designado pela “Lei dos cinco”:

«Uma libra (escudo, dólar, Euro, ...) investido na fase A, corresponde a 5 libras na

fase B, 25 na fase C e 125 na fase D, em que:

A - Projecto, construção e cura do betão

B - Processos de iniciação da corrosão em curso mas as fases de propagação e

portanto de deterioração ainda não começados.

C - Fase de propagação da corrosão iniciada

D - Estado de propagação avançada » (Geiker, 1999).

Isto é, é fundamental investir sobretudo na fase de concepção, construção

(produção, transporte, colocação, COMPACTAÇÃO) protecção e cura do betão - a fase

A.

2.2 Betão. Definição

O betão é um material constituído pela mistura devidamente proporcionada de

agregados (em geral brita ou godo e areia) com um ligante hidráulico, água e

eventualmente adjuvantes e/ou adições.



20

Ligante hidráulico (cimento)

Grosso (brita ou godo) Agregados Fino (areia)

Água

[Adjuvantes]

BETÃO

[Adições]

2.3 Ligantes

Um ligante é um produto que ganha presa e endurece, podendo aglomerar outros

materiais, tais como agregado grosso e areia. São portanto substâncias com

propriedades AGLOMERANTES.

aéreos Ex: cal aérea; gesso (não resiste à água)

LIGANTES

HIDRÓFILOS Aplicação sobretudo em argamassas e betões

hidráulicos Ex: cal hidráulica; cimento (resistente à água)

HIDRÓFOBOS aplicação sobretudo em impermeabilizações e pavimentos

Ex: alcatrão betumes naturais e artificiais asfaltos (destilação de petróleo) resinas(materiais plásticos ou sintéticos)

Um ligante hidrófilo é um ligante que tem afinidade com a água e misturado com

ela forma uma pasta que endurece, podendo, como qualquer ligante, aglomerar outros

materiais. É constituído por matéria sólida finamente pulverizada. Ex: cal aérea, gesso,

cal hidráulica, cimento.

Os ligantes hidrófilos podem-se classificar em aéreos ou hidráulicos.

Um ligante hidrófilo aéreo é um ligante que misturado com a água forma uma

pasta que endurece ao ar.



21

A pasta endurecida, com ou sem outros materiais incorporados, não é resistente à

água. Ex: cal aérea, gesso.

Um ligante hidrófilo hidráulico é um ligante que misturado com a água forma

uma pasta que endurece ao ar ou dentro da água e a pasta endurecida, com ou sem

outros materiais incorporados, resiste à água. Ex: cal hidráulica, cimento.

Um ligante hidrófobo (repelente de água) é um ligante em que a água não tem

qualquer papel na produção e endurecimento do aglomerante e que “repele” a água após

endurecimento. É constituído por substâncias mais ou menos viscosas que endurecem

por arrefecimento, por evaporação dos seus dissolventes ou por reacção química entre

diferentes componentes.

Apresentam-se, não sob a forma de pó como os ligantes hidrófilos, mas sob a

forma de líquidos viscosos ou soluções resinosas e ao endurecer formam estruturas

coloidais rígidas. Exs: alcatrão, proveniente de carvão, sobretudo de hulha), asfaltos

(provenientes da destilação de petróleo), matérias plásticas ou sintéticas como resinas.

3 GESSO

3.1 Introdução A família dos “gessos” é um conjunto de ligantes simples constituídos

basicamente por sulfatos mais ou menos hidratados de cálcio e sulfatos anidros de

cálcio obtidos por desidratação e cozedura da Pedra de Gesso ou Gesso Bruto.

O gesso encontra-se abundantemente na natureza, em terrenos sedimentares,

apresentando-se sob a forma de Anidrite – CaSO4 ou Pedra de Gesso (CaSO4 . 2H2O)

(Sampaio, 1978).

A Pedra de Gesso ou Gesso Bruto é extraído das gesseiras e

constituída essencialmente por sulfato de cálcio dihidratado

(CaSO4.2H2O) podendo conter impurezas como sílica, alumina, óxido

de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio.

A Pedra de Gesso se submetida a tratamento térmico em fornos especiais dá

origem a compostos diversos, mais ou menos hidratados e com propriedades diferentes,

de acordo com a temperatura de cozedura:



22

• Entre 130 e 160oC o composto perde 1.5 moléculas de água dando origem

ao gesso de Paris, gesso para estuque ou gesso calcinado – CaSO4.1/2 H2O.

• Este gesso é mais solúvel na água do que o Gesso Bruto.

• Entre 170 e 280oC obtém-se a anidrite solúvel – CaSO4 de presa rápida

(gesso rápido), transformando-se em CaSO4.1/2 H2O em presença de água.

• Entre 400 e 600oC forma-se uma anidrite insolúvel, que portanto não reage

com a água, não ganhando presa.

• Cerca de 1100oC forma-se o gesso para pavimentos que é uma anidrite de

presa lenta. O gesso para pavimentos necessita de pouca água de

amassadura e após endurecimento apresenta maior resistência e dureza e

menor porosidade e sensibilidade à água do que o gesso de Paris. É pouco

usado devido ao facto da sua produção exigir temperaturas elevadas de

cozedura. Embora a presa demora cerca de 5 horas é possível reduzi-la para

cerca de 30 minutos utilizando aceleradores, como por exemplo sulfato de

alumínio (Duriez, 1950; NP 315, 1963; Sampaio, 1978; Bauer, 1992 e

Moreira, 1999).

1100º Gesso para Pavimentos

(presa lenta, + resistente)

400 a 600º Anidrite Insolúvel

(sem presa)

170 a 280ºCaSO4

Anidrite Solúvel (gesso rápido)

CaSO4.2H2O Pedra de Gesso ou

Gesso Bruto

130 a 170º CaSO4.1/2H2O

Gesso de Paris, para estuque ou

calcinado

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Figura 2.2 – Produtos obtidos a partir da Pedra de Gesso, de acordo com as temperaturas (ºC).

O gesso para construção ou gesso comercial é constituído por uma mistura de

cerca de 60 a 70% de SO4Ca.1/2 H2O e o restante de anidrite (Bauer, 1992) também

podendo conter impurezas e adjuvantes. Num estudo levado a cabo no LNEC o gesso de

construção em Portugal demonstraram um teor de SO4Ca.1/2 H2O entre 77 e 97%

(Oliveira e Rodrigues).



23

3.2 Presa e endurecimento Os sulfatos de cálcio hemi-hidratado e anidro, em presença de água reconstituem

rapidamente o sulfato bi-hidratado original, isto é, o gesso bruto como reacção inversa

ao seu fabrico:

CaSO4.1/2 H2O + 1.5H2O → CaSO4.2H2O

Esta reacção é fortemente EXOTÉRMICA e expansiva, formando-se uma fina

malha de cristais em forma de longas agulhas que se interpenetram dando coesão ao

conjunto.

De facto uma das características mais notáveis do gesso é que a presa se faz com

aumento de volume, o que tem vantagens quando se trata de enchimento de moldes,

porque deixam de haver falhas dentro dos moldes. Além deste facto há a salientar que o

acabamento das superfícies de gesso é muito perfeito. Por estas razões o gesso foi e é

muitas vezes usado em ornamentações delicadas de tectos e paredes.

Depois da presa o gesso continua a endurecer num processo que pode durar

semanas. A presa e endurecimento dependem dos seguintes factores:

natureza dos compostos desidratados originados pela temperatura e tempo

do tratamento térmico sofrido, como visto atrás.

finura

presença de impurezas

presença de adjuvantes (por ex. retardadores de presa)

quantidade de água de amassadura

Relativamente à finura, quanto mais moído for o gesso, maior será a sua

superfície específica e consequentemente a superfície do material exposto à hidratação,

pelo que a presa será mais rápida (para a mesma quantidade de água de amassadura).

A presa e o endurecimento do gesso tratado termicamente são também atrasados

por impurezas que existam no Gesso Bruto (produto natural).



24

É possível também, obter gesso de presa mais lenta por incorporação de

“retardadores” de presa tais como cola, serrim fino de madeira, etc., em proporções

muito reduzidas (0.1 a 0,5%).

A quantidade de água utilizada na amassadura de gesso, a água de amassadura,

influencia muito a presa e o endurecimento, e, consequentemente a resistência e

porosidade. De facto a presa é tanto mais rápida quanto mais se reduzir a quantidade de

água no sentido de a aproximar da estritamente necessária à hidratação de dada

quantidade de gesso (para o composto CaSO4.1/2H2O é cerca de 25% em massa). Se se

utilizar apenas a quantidade mínima, a presa é demasiado rápida e portanto não é

manuseável, não é trabalhável, pelo que se utiliza sempre, na prática, uma quantidade de

água maior.

De facto o CaSO4.1/2H2O é um produto muito solúvel na água. Então quando se

mistura gesso com água, o CaSO4.1/2H2O dissolve-se dando origem ao CaSO4.2H2O,

que não é tão solúvel e que ao fim de algum tempo precipita, por se ter dado a saturação

da solução. Aquando da precipitação formam-se cristais que vão constituir um sistema

rígido.

Quanto mais água se emprega na amassadura maior é o tempo de presa, pois mais

tempo leva a solução a ficar saturada, e portanto a cristalização faz-se mais tarde.

Portanto:

> t. presa e endurecimento

> A/G ⇒ < resistência mecânica

> porosidade

A – massa de água de amassadura G – massa de gesso Em geral para o gesso de construção a amassadura é feito com uma quantidade de

água de cerca de 0.6 a 0.75, verificando-se o princípio de presa entre 2 a 6 minutos e o

fim de presa (gesso já sólido, consistente) de 15 a 30 minutos (Duriez, 1952).



25

Como exposto anteriormente, para aumentar o tempo de presa, pode-se utilizar

uma quantidade maior de água de amassadura com os inconvenientes de se obter

resistência mecânica inferior e maior porosidade. É possível retardar a presa sem

aumentar a água, utilizando um retardador de presa (por exemplo gelatina, cola forte,

cal apagada, água quente) e portanto aumentar a resistência e diminuir a porosidade.

3.3 Resistências Mecânicas A resistência mecânica do gesso após presa depende da quantidade de água

embebida, isto é, presente na rede porosa e que não foi necessária para a formação de

CaSO4.2H2O. Os cristais formados são solúveis na água pelo que se o gesso após presa

é mantido num ambiente saturado praticamente não endurece. Se o gesso após presa é

conservado num ambiente não saturado, vai endurecendo à medida que a água

embebida se evapora e a resistência vai aumentando. Por exemplo ao ar livre para uma

humidade relativa média, a resistência do gesso pode duplicar entre o 1º e o 7º dia após

a amassadura.

Mesmo depois de seco, a resistência à compressão pode reduzir a um quarto ou

mesmo um sexto se for embebido em água (Duriez, 1952). Isto é, o gesso não resiste à

humidade e acaba mesmo por

apodrecer nessas condições, só se

utilizando no exterior, em climas

secos.

Na Figura 2.3 apresentam-se

os resultados médios de ensaios

efectuados aos 28 dias em provetes

secos e saturados da resistência à

compressão e à tracção em função

da água de amassadura.

Figura 2.3 – Resistências médias em provetes secos e saturados de gesso de construção, conservados 28 dias em ar

seco.



26

As resistências aproximadas à compressão e tracção, de gesso de construção

conservado 28 dias num ambiente com humidade relativa média são dadas no quadro

seguinte (Duriez, 1952).

Resistência (MPa) A/G à compressão à tracção

Gesso de construção fino 75% 4.5 1.5 Gesso de construção grosso 60% 5.5 1.2

A – massa de água de amassadura G – massa de gesso

Repare-se que a resistência à compressão é cerca de três a quatro vezes superior à

resistência à tracção. No betão o factor correspondente é cerca de dez.

Repare-se também que no gesso, a resistência mecânica depende não só da água

de amassadura, mas também do estado de embebição, isto é, da quantidade de água

contida na rede porosa, como exposto anteriormente. No betão a resistência mecânica

depende sobretudo da água de amassadura e não diminui com o aumento da água de

embebição, pelo contrário, irá aumentar com a continuação do processo de hidratação

do cimento.

3.4 Outras propriedades Como apontado anteriormente a principal desvantagem deste material é não

resistir à humidade, em virtude ser dissolvido pela água. É apenas utilizado em

ambientes eventualmente húmidos se protegido com uma pintura impermeável. No

entanto apresenta uma série de vantagens e desvantagens que se resumem

seguidamente:

Económico. O gesso é um material económico devendo substituir o cimento

sempre que possível. De facto, para fabricar 1 tonelada de cimento Portland são

necessários cerca de 300 kg de carvão e para 1 tonelada de gesso são necessários

cerca de 80 a 90.

Bom acabamento.

Bom isolamento Térmico e Acústico.

Resistência ao fogo. De facto a resistência ao fogo deste material é elevado pois

no início, o calor é dispensado na desidratação do gesso.



27

Água Salgada. O gesso é cinco vezes mais solúvel em água do mar (ou água

com cloreto de magnésio) do que em água doce.

Corrosão do ferro e aço. O gesso corrói o ferro e o aço pelo que não se podem

usar ferramentas e utensílios destes materiais, preferindo-se a utilização de

ferramentas em latão, pregos ou parafusos com crómio, pregos ou parafusos e

armaduras galvanizadas com zinco puro (por exemplo o zinco com 1 a 2% é

atacado) e no caso de se aplicar gesso por exemplo em tectos, as armaduras têm

de estar totalmente protegidas com argamassa (de cimento).

Má aderência a superfícies lisas, sobretudo a madeira, pelo que se

desenvolveram no passado, técnicas apropriadas para obviar este inconveniente:

o estuque e o estafe.

3.5 Aplicações O estuque e o estafe são técnicas de aplicação de gesso que hoje não são utilizadas

a não ser em obras de reabilitação.

Estuque – consiste no revestimento de paredes, tectos e outras superfícies

rebocadas de estruturas de edifícios feito com pasta de gesso para estuque (gesso

calcinado a cerca de 140oC e misturada com cal ou outro retardador) e à qual se

adicionaram outros materiais convenientes como por exemplo, gelatina ou cola forte. O

estuque é colocado entre e sobre fasquias de madeira dispostas de modo a permitir

melhor aderência – Figura 2.4.

Figura 2.4 – Aplicação de estuque (Sampaio, 1975).

Esta técnica caiu em desuso em virtude da falta de mão de obra e também devido

às deformações sofridas pelas peças em madeira preferindo-se hoje o uso de gesso sob a

forma de placas pré-fabricadas (NP 315 e Sampaio, 1975).

gessofasquio

fasquio



28

Estafe – Placas pré-fabricadas de 1 a 2 cm de espessura, constituídas por gesso,

armadas com fibras vegetais (estopa, sisal, linho, etc.), dispersas que conferem maior

resistência à flexão.

Estas placas são aparafusadas aos barrotes intervalados de cerca de 1 metro. Os

parafusos não podem ser de aço, como dito. As juntas das placas e remates são

colmatadas com “linhada de gesso” fabricada no local e que consiste numa pasta de

gesso armada com fios de linho ou sisal.

PARAFUSOS PLACAS DE GESSO BARROTE

1 a 2cm

Figura 2.5 – Placas pré-fabricadas formando o estafe (Sampaio, 1975).

Hoje em dia, existem vários tipos e marcas de gesso de construção – Figura 2.6,

para executar trabalhos moldados em obra, pré-fabricados ou mesmo para base na

formulação de colas ou massas.

Figura 2.6 – Gesso para construção vendido a saco.

Além do gesso de construção existe uma série de produtos aplicáveis na

construção obtidos a partir do gesso tais como:

• peças pré-fabricadas para decoração – Figura 2.7.



29

Figura 2.7 – Produtos pré-fabricados de gesso, para decoração.

• Gesso Cartonado – placas de gesso prensado entre duas folhas de cartão.

Exs: Pladur –Figura 2.8

Placoplatre – Figura 2.9

Figura 2.8 – Gesso cartonado Pladur.



30

Figura 2.9 – Aplicação de gesso cartonado Placoplatre.

• Gesso prensado – placas de gesso prensado Ex: Knauff – Figuras 10 e 11.

Existem hoje um sem número de outros produtos aplicáveis na construção civil e

que englobam o material gesso, tais como placas mistas, placas reforçadas com fibras

celulósicas, etc..

Figura 2.11 - Tecto em gesso. Entrada principal da Embaixada alemã em

Washington (proj. Arq. O.M. Ungers) Pré-fabricação e montagem na Alemanha.

Figura 2.10 - Placas perfuradas Knauff entre as vigas de aço visíveis. Restaurantes no piso

superior do Parlamento de Berlim (Reichstag).



31

4 CAL AÉREA E CAL HIDRÁULICA

4.1 Introdução Um dos ligantes artificiais mais antigos é o ligante que resulta da cozedura dos

calcários, constituídos sobretudo por CaCO3, mais abundantes na natureza. Associada a

estes existe sempre a argila, em maior ou menor quantidade, porque a precipitação do

carbonato de cálcio em águas de grande tranquilidade arrasta consigo a argila que

porventura esteja em suspensão. Obtém-se então o calcário margoso; quando a argila é

em quantidade superior ao carbonato forma-se uma marga calcária. Assim, os

calcários podem ser muito puros ou conterem quantidades variáveis de argila (Coutinho,

1988).

Calcário CaCO3 ~ 100%

Calcário margoso CaCO3 + argila (<50%)

Marga calcária argila + CaCO3 (<50%)

A cozedura do calcário puro dá origem ao óxido de cálcio, que constitui a cal

aérea; a cozedura do calcário margoso dá origem às cais mais ou menos hidráulicas,

conforme o teor de argila, e também aos cimentos naturais.

CaCO3 (quase puro) 800/900oC OCa + CO2↑ – 42,5 calorias Cozedura em forno Óxido de cálcio r. – endotérmica

(cal viva) CaCO3 com impurezas até 5% 850oC cal viva cal aérea

(argila, etc.) CaCO3 + argila 1000oC cal ± hidráulica

(8-20%) CaCO3 + argila 1050-1300oC cimento natural (20-40%)

4.2 Cal aérea Quanto ao teor de impurezas, as cais aéreas dividem-se em gordas e magras. As

cais aéreas gordas derivam de calcários quase puros com teores de carbonato não

inferiores a 99% e são brancas. As cais aéreas magras (acinzentadas) derivam de



32

calcários com teores de argila e de outras impurezas compreendidos entre 1 e 5%

(Coutinho, 1988).

Chamam-se gordas às primeiras devido às suas propriedades plásticas, pois trata-

se de cais facilmente trabalháveis e bastante macias. As cais magras não são tão fáceis

de trabalhar nem tão macias. A reacção de presa é a mesma para qualquer delas

(Sampaio, 1975).

Como o magnésio aparece muitas vezes associado ao cálcio, são frequentes na

natureza calcários com maior ou menor percentagem de dolomite (MgCO3) (Coutinho,

1988). Assim a cal aérea pode ser cálcica quando é sobretudo constituída por óxido de

cálcio (CaO) ou dolomítica constituída sobretudo por óxido de cálcio e óxido de

magnésio. Segundo a normalização europeia uma cal aérea cálcica designa-se por uma

sigla que contém as letras CL e uma cal aérea dolomítica designa-se por uma sigla que

contém as letras DL.

O produto obtido pela cozedura dos calcários designa-se por cal viva (quicklime)

que é sobretudo óxido de cálcio e que, por reacção com a água (extinção), fornece a cal

apagada ou extinta (hidrated lime) que é sobretudo hidróxido de cálcio - Ca(OH)2.

Segundo a normalização europeia uma cal viva designa-se por uma sigla que contém a

letra Q e uma cal apagada designa-se por uma sigla que contém a letra S.

. A cal viva apresenta-se sob a forma de grãos de grandes dimensões com 10, 15

ou 20 cm – são as pedras (ou blocos) de cal viva (Bauer, 1992) ou sob a forma de pó. A

cal viva é um produto sólido, de cor branca com grande avidez pela água. Isto é, para a

obtenção e posterior aplicação do hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, é necessário proceder à

hidratação da cal viva. A esta operação chama-se extinção da cal:

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15.5 cal. r. exotérmica cal viva cal apagada com expansão ou extinta

A extinção pode fazer-se por dois processos: por imersão ou por aspersão.

A imersão corresponde à extinção da cal viva com excesso de água e é feita

mergulhando os blocos de cal viva em água obtendo-se uma pasta – pasta de cal ou

pasta de cal apagada que endurece lentamente. De facto é um produto muito pouco

poroso, permeável, com difícil e lenta recarbonatação que pode durar mais de 6

semanas, por vezes. Existem argamassas romanas que ainda se encontram moles no seu



33

interior, devido a camada exterior de carbonato de cálcio não deixar penetrar o CO2,

impedindo assim a recarbonatação em zonas mais profundas (Sampaio, 1978).

A aspersão consiste na extinção da cal viva com aspersão de água estritamente

necessária à hidratação. Como se verifica expansão à medida que a cal se vai

hidratando, o produto pulveriza-se (Sampaio, 1978).

As cais extintas são portanto cais aéreas, principalmente constituídas por

hidróxido de cálcio e, eventualmente, de magnésio que resultam da extinção da cal viva.

As cais extintas não têm reacção exotérmica quando em contacto com a água. São

produtos sob a forma de pó seco ou mistura aquosa (EN 459-1, 2001) (pasta de cal –

lime putty, ou leitada de cal).

Portanto, uma cal aérea é um ligante constituído sobretudo por óxidos de cálcio,

CaO ou hidróxidos de cálcio, Ca(OH)2 que endurece lentamente ao ar por reacção com

o dióxido de carbono. Em geral não endurece na água pois não possuem propriedades

hidráulicas. Pode-se tratar de uma cal viva ou de uma cal apagada (EN 459-1, 2001).

4.3 Endurecimento da cal aérea Depois de aplicada, o endurecimento da cal aérea faz-se em duas fases. Numa

primeira fase (presa inicial) dá-se a evaporação da humidade em excesso, ao fim da qual

a cal está firme ao tacto mas ainda é marcável com a unha. Na segunda fase, a fase de

recarbonatação, dá-se uma reacção química muito lenta, ao ar, (daí o nome de aérea),

em que o hidróxido se reconverte em carbonato de cálcio por recombinação com o

dióxido de carbono (CO2). A velocidade desta fase de recarbonatação depende da

temperatura, da estrutura porosa e da humidade da pasta podendo demorar anos a

completar-se:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O + 42,5 cal. r. exotérmica e expansiva

A pasta de cal ao secar retrai e fissura. Para evitar a retracção de secagem

emprega-se areia nas argamassas de cal. Os grãos de areia “dividem” o material em

pequenas “fracções” localizadas que arejam a argamassa, permitindo a sua carbonatação

ao mesmo tempo que se dá a secagem. A areia utilizada deve ser siliciosa ou calcária,

bem limpa, isenta de matérias húmicas e de argila.



34

4.4 Aplicações da cal aérea Repare-se que o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) é solúvel na água (1,3g/l) e ainda

mais na água salgada. Portanto, além de não ganhar presa nem endurecer em água, é

ainda mais solúvel em água salgada, pelo que não pode ser usado em obras hidráulicas

nem marítimas.

Até há cerca de 200 anos (quando apareceu a cal hidráulica) o ligante usado em

todas as construções era a cal. Hoje ainda é utilizada por exemplo no fabrico de blocos

sílico-calcários, misturada com gesso, no fabrico de estuques, misturada com pozolanas

constituindo ligantes hidráulicos, misturada com cimento ou cal hidráulica em

argamassas para reboco e ainda sob a forma de leitada na caiação de muros. (Note-se

que terá vantagem na caiação utilizar areia, para que não se verifique microfissuração e

também tornar o produto mais económico).

(Sampaio 1975; Coutinho, 1988; Bauer, 1992; Moreira, 1998).

4.5 Cal hidráulica Como indicado anteriormente a pedra calcária (CaCO3) que contenha de 8 a 20%

de argila, se tratada termicamente a cerca de 1000oC, dá origem a cal hidráulica que é

um produto que endurece tanto na água como no ar.

A cal hidráulica é constituída por silicatos (SiO2 . 2CaO) e aluminatos de cálcio

(Al2O3 . CaO) que hidratando-se endurecem na água ou ao ar e também por óxido de

cálcio (CaO) – pelo menos 3%, que continua livre e que vai endurecer por carbonatação.

CaCO3 + argila 1000/1100oC cal hidráulica (8-20%)

A preparação da cal hidráulica é feita em fornos, verificando-se as seguintes

fases:

500 a 700oC ______ desidratação da argila

850oC ______ decomposição do calcário

CaCO3 → CaO + CO2↑

1000– 1100oC______ Reacção da sílica e alumina da argila com o óxido de cálcio, originando silicatos e aluminatos

SiO2 + CaO → silicato de cálcio (SiO2 . 2CaO)

Al2O3 + CaO → aluminato de cálcio (Al2O3 . 3CaO)



35

Repare-se que se a temperatura de cozedura for mais alta (até 1500oC) e a

percentagem de argila (sílica e alumina) for maior a reacção é mais completa, isto é a

quantidade de silicatos e aluminatos de cálcio é maior, diminuindo a quantidade de

óxido de cálcio livre e no extremo as reacções serão semelhantes às que se passam no

fabrico do cimento.

Portanto, a cerca de 1000oC a reacção é parcial e os produtos formados são uma

mistura de silicatos e aluminatos de cálcio com óxido de cálcio livre.

Depois da saída do forno obtém-se pedaços de várias dimensões constituídos pela

mistura de silicatos e aluminatos de cálcio e cal livre (mais de 3%, em regra cerca de

10%) e ainda um pó inerte que é silicato bicálcico formado por pulverização durante o

arrefecimento (657oC).

Este pó amassado com água não aquece nem ganha presa.

A cal retirada do forno deve ser extinta, não só com o fim de eliminar a cal viva,

mas muito especialmente para provocar a pulverização de toda a cal hidráulica. É este

fenómeno que distingue a cal hidráulica do cimento Portland: a finura da cal hidráulica

é obtida por extinção da cal viva e não por moedura.

A extinção deve ser feita com certa precaução pois só se deve adicionar apenas a

água estritamente necessária para hidratar a cal viva; é a reacção expansiva desta (dobra

de volume, sensivelmente) que se aproveita para pulverizar os grãos que contêm os

aluminatos e silicatos; a água em excesso iria hidratá-los.

A cal viva precisa ser completamente extinta, antes de se utilizar a cal hidráulica

na construção.

A extinção é realizada lentamente a temperaturas entre 130 e 400oC e após a

extinção obtém-se:

Pó silicatos e aluminatos de cálcio hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) – cal apagada, extinta Grappiers

Os grappiers são grãos de material sobreaquecido com verdadeiras características

de cimento, mais escuros e duros e ricos em silicatos bicálcicos.

Assim, após a extinção é necessário separar os grappiers do pó e proceder à sua

moagem.



36

Em geral a separação é feita em peneiros circulares rotativos constituídos por

tambores perfurados concêntricos sendo o tambor interior de malha com mais abertura

para permitir a passagem dos grappiers – Figura 4.1.

Figura 4.1 - Peneiração da cal hidráulica para separação dos grappiers (Sampaio, 1975)

Finalmente, após a moagem dos grappiers o pó resultante é adicionado ao pó de

silicatos e aluminatos de cálcio e hidróxido de cálcio formando cal hidráulica. Pode ser

conveniente juntar ainda materiais pozolânicos moídos.

(Sampaio, 1975; Coutinho, 1988).

4.6 Presa e endurecimento da cal hidráulica O endurecimento da cal hidráulica compreende duas reacções. Na primeira

reacção dá-se a hidratação dos silicatos e aluminatos de cálcio, quer na água quer no ar.

Na segunda reacção dá-se a recarbonatação da cal apagada, só ao ar e em presença do

dióxido de carbono.

4.7 Algumas propriedades e aplicações de cal hidráulica A massa volúmica média da cal hidráulica é cerca de 2,75 g/cm3, mais baixa do

que a do cimento e a sua baridade toma valores entre 0,6 e 0,8 g/cm3. A sua cor é a cor

parda do cimento. Como a cal hidráulica é muito semelhante ao cimento (cor), pode

prestar-se a falsificações, o que muitas vezes tem consequências desastrosas, porque a

cal hidráulica tem menor resistência que o cimento.

Utiliza-se a cal hidráulica em aplicações idênticas às do cimento, que não exijam

resistências mecânicas elevadas como em argamassas (pobres):



37

Argamassa de revestimento

Argamassas para reboco de paredes

Argamassas para alvenaria

etc.

Note-se que a existência de cal nestas argamassas (pobres) pode ser um problema,

já que existe sempre uma parte de CaO que não desaparece completamente e que ao

extinguir-se dá origem a expansões.

(Sampaio, 1978; Coutinho, 1988; Moreira, 1998).

4.8 Fabrico de cal As cais aérea e hidráulica podem ser produzidas em vários tipos diferentes de

fornos. Dão-se exemplos nas Figuras 4.2 e 4.3.

Figura 4.2 – Forno vertical, a carvão, para cal.

A Figura 4.2 apresenta o esquema de um forno contínuo vertical, que utiliza

combustível de chama curta – carvão. Consta de duas câmaras sobrepostas, sendo o

calcário alimentado por uma abertura junto à chaminé superior e o combustível

introduzido no estrangulamento entre as duas câmaras onde se processa a combustão. O

arrefecimento do material dá-se na câmara inferior, onde o ar necessário à combustão é



38

aquecido, com melhoria evidente em termos de rendimento térmico. O material

calcinado é extraído pela parte inferior da câmara de arrefecimento (Bauer, 1992).

Figura 4.3 - Forno rotativo de eixo horizontal.

Os fornos rotativos, constituídos por um cilindro metálico internamente revestido

de material refractário, giram lentamente sobre um eixo ligeiramente inclinado,

recebendo o calcário pela sua boca superior e tendo o maçarico de aquecimento na sua

boca inferior, por onde também é retirado o material calcinado – Figura 4.3.

4.9 Comercialização de cais Existem cais comercializadas fornecidas em saco, a granel ou ainda, no caso de

misturas aquosas (cais aéreas extintas) em recipientes apropriados – Figura 4.4.

Figura 4.4 - Alguns exemplos de cais comercializadas.

4.10 Normalização Recentemente foi publicada a norma europeia EN 459 Building Lime Part 1 :

Definitions, specifications and conformity criteria, da qual se transcreve o quadro e

notas, em itálico, da Figura 4.5, relativamente á composição química.



39

Valores expressos em % de massa

Tipo CaO +MgO MgO CO2 SO3 Cal livre

CL 90 ≥ 90 ≤ 52) ≤ 4 ≤ 2 -

CL 80 ≥ 80 ≤ 52) ≤ 7 ≤ 2 -

CL 70 ≥ 70 ≤ 5 ≤ 12 ≤ 2 -

DL 85 ≥ 85 ≥ 30 ≤ 7 ≤ 2 -

DL 80 ≥ 80 ≥ 5 ≤ 7 ≤ 2 -

HL 2 - - - ≤ 32) ≥ 8

HL 3,5 - - - ≤ 32) ≥ 6

HL 5 - - - ≤ 32) ≥ 3

NHL 2 - - - ≤ 31) ≥ 15

NHL 3,5 - - - ≤ 31) ≥ 9

NHL 5 - - - ≤ 31) ≥ 3

1) Teores de SO3 superiores a 3% e até 7% são tolerados, se a expansibilidade for confirmada aos 28 dias com cura em água seguindo o ensaio preconizado na EN 196-2; 2) Teores de MgO até 7% são tolerados, se a cal satisfizer o ensaio de expansibilidade indicado na EN 459-2.

Nota: Os valores aplicam-se a todos os tipo de cal. Para cal viva estes valores

correspondem aos da condição “como entregue”; para todos os outros tipos de cal (cal

hidratada, pasta de cal e cais hidráulicas) os valores baseiam-se no produto isento não só da

água livre como também de água combinada.

Figura 4.5 – Classificação das cais de construção de acordo com a normalização europeia.

A classificação das cais de construção, preconizada na normalização europeia,

baseia-se na composição química para as cais aéreas, cálcicas (CL) e dolomíticas (DL) e

na resistência á compressão, para as cais hidráulicas (HL). Para as cais aéreas a sigla é

constituída por CL ou DL, seguida de um número que indica a percentagem mínima de

óxido de cálcio e óxido de magnésio que a cal contém, de acordo com o quadro da

figura anterior.

Nas cais hidráulicas a sigla é constituída por HL ou NHL, seguida do valor 2, 3,5

ou 5 conforme a classe de resistência e de acordo com o Quadro 4.1.

Uma cal hidráulica (HL) é, segundo a normalização europeia, um ligante

constituído sobretudo por hidróxido de cálcio, silicatos e aluminatos de cálcio,

cal hidratada

cal hidratada

cal viva

cal viva

cal hidraúlica HL

Cai

s de

cons

truçã

o cal aérea

L

cal cálcicaCL

cal dolomítica

DL



40

produzido pela mistura de materiais adequados e que tem a propriedade de ganhar presa

e endurecer em água. O dióxido de carbono atmosférico também contribui para o

processo de endurecimento. Uma cal hidráulica natural (NHL) é uma cal produzida

pela calcinação de calcários mais ou menos argilosos ou siliciosos e posterior redução a

pó por extinção com ou sem moagem. Todos os tipos de cal hidráulica natural tem a

propriedade de ganhar presa e endurecer em água e o dióxido de carbono atmosférico

contribui também para o processo de endurecimento.

Quadro 4.1 – Resistência á compressão de cal hidráulica e cal hidráulica natural (EN 459-1) Resistência à compressão

MPa Tipos de cais de construção

7 dias 28 dias HL e NHL2 - ≥2 a ≤ 7

HL 3,5 and NHL 3,5 - ≥3,5 a ≤ 10 HL 5 and NHL 5 ≥2 ≥5 a ≤ 15ª

HL 5 e NHL 5 com baridade inferior a 0,90kg/dm3, é permitia uma resistência até 20 MPa.

Nota: Sabe-se que argamassas com ligantes cálcicos adquirem resistência que aumenta lentamente com a carbonatação.

Nas Figuras 4.6 e 4.7 apresentam-se fichas técnicas de cal hidráulica

comercializada em Portugal.

Cal Hidráulica NHL 5

Constituintes Calcário margoso cozido com extinção e moagem Sulfato de cálcio regularizador de presa

Características • Químicas Sulfatos (SO3) <= 3,0% Cal livre <= 3% • Físicas Início de presa (min) >= 60 Expansibilidade (mm) <= 20 Resíduo a 0,090 mm <= 15% Baridade (g/l) >= 600 • Mecânicas Resistência à compressão valores mínimos 7 dias: 2,0 MPa 28 dias: 5,0 MPa



41

Propriedades especiais do betão fabricado com este cimento

• Grande plasticidade e elevada trabalhabilidade • Forte aderência • Grande poder de retenção de água, opondo-se à retracção inicial • Fraca tendência para a fissuração e fendilhamento • Boa impermeabilidade e durabilidade

Utilizações recomendadas

• Argamassas de todos os tipos (de enchimento, reboco, assentamento e acabamento) • Pré-fabricação (misturada com cimento) - Blocos de alvenaria e abobadilha. - Artefactos • Pavimentos rodoviários - Na substituição do filer dos betuminosos. - No tratamento de solos húmidos e argilosos. • Em trabalhos diversificados no meio rural.

Precauções na aplicação

• Na dosificação e na relação água/ligante. • No processo de cura da argamassa fresca, assegurar uma protecção cuidadosa contra a dessecação, principalmente em tempo quente. • Preparar adequamente o suporte para receber a argamassa.

Contra-indicações

• Trabalhos sob temperaturas muito baixas. • Contacto com ambientes agressivos (águas e terrenos)

Condições de Fornecimento e Recepção (NP EN 197-2)

Saco 40Kg

Palete - Entrepostos 30 Sacos • 1200Kg

Granel 25 toneladas Camião de 25 toneladas com meios de descarga (devidamente selado).

Figura 4.6 – Ficha técnica de cal hidráulica HL5 (Cimpor).



42

CAL HIDRÁULICA MARTINGANÇA® - IDENTIFICAÇÃO

Ligante hidráulico constituído maioritariamente por silicatos e aluminatos de cálcio e hidróxido de cálcio.

Obtém-se por cozedura de calcário argiloso (marga), seguida de moagem e adição de sulfato de cálcio para regularização da presa.

As suas características físicas e químicas colocam a Cal Hidráulica Martingança na classe de resistência superior (HL5) segundo a ENV 459:1994 do CEN (Bruxelas).

- CAMPO DE UTILIZAÇÃO

# Em argamassas de assentamento, enchimento, reboco e acabamento, sendo utilizada como único ligante ou em mistura com outros ligantes.

# No fabrico de blocos de construção. # No tratamento de solos, para melhoria das características mecânicas e trabalhabilidade. # Como substituto do filler nos pavimentos betuminosos.

- CARACTERÍSTICAS DO PRODUTO Características físicas e mecânicas

Resíduo:

90 mícron ....................................................... 15 %

200 mícron ....................................................... 3 %

Baridade 0,7 a 0,8 kg/dm3

Água livre 1 %

Início de presa............................................................... 3 horas

Expansibilidade .............................................................. 10 mm

Resistências mecânicas à compressão:

aos 7 dias..............................................2,5 a 3,5 MPa

aos 28 dias.................................................. 5 a 6 Mpa

Características químicas

Cal total 42 a 44 %

Sulfatos ..................................................................... 3 a 3,5 %

- PREPARAÇÃO DOS SUPORTES PARA ARGAMASSAS

O suporte deve encontrar-se limpo de quaisquer poeiras, descofrantes ou partículas soltas (se necessário, deverá ser lavado e escovado).

Os suportes muito absorventes ou expostos ao sol devem ser saturados com água antes da aplicação.

Proceder ao enchimento de orifícios antes de iniciar a aplicação da argamassa.

A aplicação das camadas sucessivas de argamassa requer que a camada anterior se encontre suficientemente resistente.

- PREPARAÇÃO DAS ARGAMASSAS

Traços Volumétricos (valores orientativos)

Reboco Interior.............................Cal Hidráulica:Areia # 1:3 a 1:4

Reboco Exterior ............................Cimento/Cal Hid./Areia # 1:1:8

Esboço ...............................Cal Hidráulica:Areia(*) # 1:3 a 1:4

(*) Areia de Esboço ou Areia crivada

Estas dosagens são orientativas, pois o traço dependerá da qualidade da areia utilizada. Como regra, deverão ser utilizados sempre traços mais ricos em ligante nas camadas iniciais, diminuindo este teor ao longo das camadas seguintes.



43

Amassadura

Misturar préviamente a Cal Hidráulica com o inerte e posteriormente adicionar água na quantidade necessária para obtenção de uma boa trabalhabilidade.

Como valor orientativo, usar uma relação água/ligante de 1:1.

Observações

O excesso de água da amassadura é prejudicial às características físicas do reboco.

Deve ser sempre utilizada a quantidade mínima de água que permita boa trabalhabilidade.

A água de amassadura deve estar isenta de quaisquer impurezas (argilas, matéria orgânica). De preferência deve ser utilizada água potável.

Não aplicar argamassas sob temperatura abaixo dos 5ºC e evitar a aplicação em situações de elevada exposição solar.

Uma vez determinado o traço a utilizar para uma determinada argamassa, manter as dosagens constantes e o tempo de amassadura.

Não utilizar argamassas amolentadas ou que tenham iniciado a sua presa.

Tempo quente

Evitar a secagem rápida das argamassas, regando o suporte 1 a 2 horas antes da aplicação e voltando a regar logo que a argamassa se apresente suficientemente resistente.

Repetir a rega 1, 2 e 7 dias depois.

- OUTRAS UTILIZAÇÕES

Tratamento de Solos A adição de Cal Hidráulica a certos solos argilosos e húmidos permite a sua estabilização, melhorando a sua resistência às intempéries, pela diminuição do índice de plasticidade e duma maior compactação, a qual permite um aumento do CBR (California Bearing Ratio, índice de compactidade de suporte).

A adição de Cal Hidráulica, devido ao seu teor de cal livre, reduz à humidade do solo (poder excicante), com ele reagindo, aglutinando as suas partículas e constituindo um aglomerado muito mais compacto.

Processo de aplicação

A quantidade de Cal Hidráulica a utilizar deve ser de 0,5 a 5% (sendo 3% o valor típico) da massa de solo a tratar, de onde devem ser retiradas as pedras de grandes dimensões.

De seguida, espalhar a Cal Hidráulica, misturando-a e homogeneizando-a com o solo em tratamento. Depois, compactar o solo tratado, que ficará muito mais resistente à penetração das águas pluviais e mais apto a funcionar como base de fundações.

A Cal Hidráulica com substituinte do filler

A adição de Cal Hidráulica aos betuminosos provoca uma generalizada melhoria da qualidade nas características do filler, que se traduzem por:

# maior consistência do betuminoso, devido à maior aderência entre este e os agregados;

# maior resistência à penetração das águas, com o consequente aumento do tempo de envelhecimento acelerado;

# maior resistência à fissuração.

- HIGIENE E SEGURANÇA

Nada a salientar, visto tratar-se de um produto não nocivo, nem inflamável. Contudo, não pode ser ingerido.

Utilizar luvas e máscara no seu manuseamento, lavando bem as mãos no final.

No caso de contacto com os olhos, lavá-los bem com água limpa.

- TRANSPORTE E ARMAZENAGEM

A Cal Hidráulica Martingança® deve ser transportada, manuseada e armazenada dentro da embalagem original (a qual só deve ser aberta para utilização), ao abrigo de humidades e exposição ao calor.

Nestas condições, a Cal Hidráulica Martingança® poderá ser armazenada pelo período máximo de 6 (seis) meses.

- EMBALAGEM

A Cal Hidráulica Martingança® é fornecida em sacos de 40 kg ou a granel.

Revisto em: 2000-06-29

Figura 4.7 – Ficha técnica de cal hidráulica HL5, Martingança (Secil).



44

5 CIMENTOS

5.1 Introdução Em geral são consideradas duas abordagens para classificar cimentos, uma em

relação à composição e a outra relativa às propriedades correspondentes ao desempenho

dos cimentos (Jackson, 1998).

Na área de construção e engenharia civil tem sobretudo interesse os cimentos

hidráulicos calcários - isto é, os cimentos hidráulicos em que os principais constituintes

são compostos de cálcio. De facto estes cimentos são constituídos sobretudo por

silicatos e aluminatos de cálcio e de um modo geral podem-se classificar em:

- cimentos naturais

- cimentos Portland

- cimentos aluminosos (high-alumina) (Neville, 1995).

Muitos países da Europa tais como Áustria, Dinamarca, Finlândia, França,

Alemanha, Grécia, Islândia, Irlanda, Itália, Luxemburgo, Holanda, Noruega, Espanha,

Suécia, Suíça, Reino Unido e Portugal tem desenvolvido normas relativas aos cimentos:

EN 197 - 1 (June 2000) Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements.

NP EN 197-1 (2001) Cimentos – Part 1: Composição, especificações e critérios de comformidade. EN 197 - 2 (June 2000) Cement - Part 2: Conformity evaluation.

NP EN 197-2 (2001) Cimentos – Part 2: Critérios de conformidade. EN 197 - 3 (June 2000) Cement - Part 3: Composition, specifications and conformity criteria for low heat common cements.

Prevêm-se normas EN 197 relativamente a:

cimentos resistentes aos sulfatos cimentos resistentes à água do mar cimentos de baixo teor de álcalis e cimentos de aluminato de cálcio.

ENV 413 - 1, 1994 Masonry cements–Part 1: Specifications–(c. de alvenaria).



45

EN 14216 (pr EN 14216, DRAFT, June 2001) Cement – Composition, specifications and conformity criteria for massive concrete low heat common cements. (Cimentos de baixo calor de hidratação para betão em massa). EN 14217 (pr EN 14217, DRAFT, June 2001) Cement – Composition, specifications and conformity criteria for high early strength low heat common cements (cimentos de baixo calor de hidratação para betão de elevada resistência aos primeiros dias).

6( Em Portugal encontramo-nos numa fase de transição com a NP 2064 anulada e a NP 2065 a ser brevemente revista: [ NP 2064 (1991) Cimentos. Definições comportamento, especificações e critérios de conformidade.(acrescida da emenda 1, que contempla as casses 52.5)]

NP 2065 (1991) Condições de fornecimento e recepção de cimentos.

Existe ainda, em Portugal a norma relativa ao cimento branco: NP 4326 (1996) Cimentos brancos. Composição, tipos, características e

verificação da conformidade, norma de acordo com a NP ENV 206, segundo a Emenda 2 de 1998. As normas europeias consideram os cimentos brancos incluídos na EN 197, isto é, não existem normas específicas para o cimento branco e presentemente, o cimento branco é garantido por marca de qualidade do IPQ.

A ASTM - American Society for Testing and Materials também tem

contribuído largamente para a classificação dos cimentos sobretudo através das normas:

C 150 - 95 - Standard Specification for Portland Cement C 595 M - 95 - Standard Specification for Blended Hydraulic Cements.

5.2 Definição Segundo a normalização europeia (EN 197 - 1):

CIMENTO é um ligante hidráulico, isto é, um material inorgânico finamente

moído que, quando misturado com água forma uma pasta que ganha presa e endurece

por reacções e processos de hidratação e que, depois de endurecida, conserva a sua

capacidade resistente e estabilidade mesmo debaixo de água.

Um cimento que esteja de acordo com esta norma europeia é designado

por cimento CEM e se for devidamente misturado com água e

agregados, é possível obter-se betão ou argamassa:

- que conserva trabalhabilidade adequada durante um período de tempo suficiente

- que, a determinadas idades atinge níveis de resistência especificados

-e que apresenta estabilidade volumétrica a longo prazo.



46

O endurecimento de cimentos CEM é sobretudo devido à hidratação de

SILICATOS de CÁLCIO embora outros compostos, tais como os ALUMINATOS,

possam intervir no endurecimento. Nestes cimentos, a soma da quantidade de ÓXIDO

de CÁLCIO reactivo (CaO) e SILICA reactiva (SiO2), em massa, é pelo menos 50%

(NP EN 197-1). Fisicamente são constituídos por pequenos grãos de materiais

diferentes mas a composição é estatisticamente homogénea. A uniformidade relativa a

todas as propriedades destes cimentos é obtida por processos contínuos de produção em

massa que incluem moagem e homogeneização adequadas. A qualidade do produto final

nas fábricas modernas de cimentos CEM é conseguida por pessoal especializado e

qualificado e laboratórios adequadamente equipados que contribuem para o controlo e

ajuste contínuo nas linhas de produção. Isto é, o processo de fabrico e o controle de

qualidade asseguram portanto que os cimentos apresentem uma composição dentro dos

limites fixados pelas normas europeias (Jackson, 1998).

5.3 Composição da matéria prima O cimento Portland artificial é obtido a partir de uma mistura devidamente

proporcionada de calcário ou cré (carbonato de cálcio), argila ou xisto argiloso (silicatos

de alumínio e ferro) ou a partir de margas ou calcários margosos (margas - mistura de

materiais calcários e argilosos) e, eventualmente, outra ou outras substâncias

apropriadas ricas em sílica, alumina ou ferro, reduzida a pó muito fino, que se sujeita à

acção de temperaturas da ordem de 1450oC, obtidas geralmente em grandes fornos

rotativos. A mistura é muito bem homogeneizada e bem dispersa, quer a seco

(fabricação do cimento por via seca) quer por meio de água (fabricação por via húmida).

Àquelas temperaturas as matérias - primas reagem entre si, no que são ajudadas

pela fase líquida obtida pela fusão de cerca de 20% da matéria – prima (clinquerização),

originando novos compostos. Em virtude destes fenómenos químicos e físicos, os

produtos da reacção, ao arrefecerem, aglomeram-se em pedaços com dimensões

variáveis mas geralmente entre 2 mm e 20 mm, chamados clínquer (Sousa Coutinho,

1988, Neville, 1995). Os duros nódulos de clínquer são depois arrefecidos e moídos

simultaneamente com uma pequena percentagem de gesso até se obter uma

granulometria muito fina.



47

Assim, a definição de cimento Portland nas várias normas dos diferentes países é

considerada, nestes termos, reconhecendo que o gesso é adicionado após a calcinação

(Neville, 1995). Hoje em dia outros materiais podem ser adicionados em diferentes

proporções quer nos Centros de Produção de Cimento (originando cimentos de várias

designações como o cimento Portland composto, cimento de alto forno, etc.) quer na

amassadura do próprio betão.

5.4 FABRICO 5.4.1 Considerações Gerais

Como cerca de 70 a 80% da matéria - prima é calcário em geral uma fábrica de

cimento situa-se junto de uma formação calcária.

As fases de fabrico são as seguintes:

1. Preparação do cru

extracção do calcário (1,5 a 2 m) britagem (cm) pré-homogeneização - formação de pilha de armazenamento com

argila e remoção por cortes verticais (±75% brita calcária + ±25%argila). moagem e homogeneização via seca

via húmida

correcção com aditivos (calcário, sílica, ferro ou alumina)

2. Cozedura

armazenamento nos silos alimentadores do forno pré-aquecimento entrada no forno rotativo

3. Arrefecimento, adição de gesso e moagem

4. Ensilagem e Ensacagem

Descreve-se em seguida cada uma destas fases.

5.4.2 Preparação do cru A pedreira é explorada em grandes massas: blocos com dimensão máxima de 1,5 a

2 m são extraídos e transportados para um britador que os reduz a pequenos blocos com

alguns centímetros.



48

O material britado é transportado para uma pilha de armazenamento ao mesmo

tempo que recebe já a adição da argila (sensivelmente 25% de argila e 75% de brita

calcária). Enquanto a mistura é depositada em camadas horizontais, a sua remoção para

os silos alimentadores dos moinhos de bolas é feita por meio de cortes verticais na pilha

de armazenamento. Estes procedimentos consistem na Pré-homogeneização.

Há dois processos de fabrico do cimento: um em que a matéria prima é moída e

homogeneizada dentro de água (via húmida) e outro em que a moedura e

homogeneização se realizam a seco (via seca).

A primeira é a mais antiga e a mais eficaz para obter homogeneização de materiais

sólidos. Hoje está caindo em desuso pois requer maior consumo de energia, por ser

necessário eliminar a água do cru, por aquecimento. Devido à actual crise de energia

está sendo substituída por via seca que se tornou possível graças às técnicas de

fluidificação gasosa.

As reacções químicas promovidas pela acção da temperatura entre os

componentes da matéria - prima são essencialmente reacções no estado sólido.

Para activar as reacções entre fases sólidas, devido à lenta difusão dos átomos e

moléculas nos sólidos, é necessário elevar a temperatura e a área das superfícies dos

reagentes. A velocidade da reacção entre fases sólidas é portanto função do grau de

finura, da natureza química dos materiais e da duração do aquecimento.

As reacções em fase líquida são muito mais rápidas e os produtos da reacção só

dependem da temperatura e da composição química das fases líquidas.

Daqui resulta a importância da preparação das matérias - primas para o cimento:

finura da moagem, homogeneidade e proporção da fase líquida à temperatura de

cozedura (cerca de 20%).

A matéria - prima depois de moída é levada a silos ou tanques de homogeneização

(respectivamente na via seca e na húmida) onde é sujeita a análise química - hoje

automática e instantânea, por meio dos raios X, com ligação a um computador que

calcula as correcções a fazer e comanda os silos de aditivos, correctores, em calcário,

sílica, ferro ou alumina.

Após esta correcção, o cru entra para os silos alimentadores do forno ( adaptado de

Coutinho, 1988).



49

5.4.3 Cozedura em forno rotativo

Antigamente - e ainda hoje (no estrangeiro) nas fábricas de pequena produção

(Até 500 t/dia) - o forno é vertical (shaft kilns) mas após a invenção do forno rotativo

este tem sido usado cada vez mais, com uma produção até 8000 t/dia e um produto final

mais homogéneo (Coutinho, 1988; Jackson, 1998).

O forno rotativo, constituído por um cilindro de chapa de aço com diâmetro que

pode atingir 7,6 m e comprimento até 232 m (Alhandra) é revestido inteiramente com

material refractário. O cilindro assenta sobre roletes que o fazem girar e tem uma

inclinação de 2 a 6%. O movimento de rotação (1 – 3.5 rotações/min.) e a inclinação

provocam o avanço dos materiais no interior do forno. No extremo inferior introduz-se

o combustível e o respectivo ar comburente, depois de ter sido aquecido no arrefecedor

do clínquer.

Para obter a temperatura de clinquerização, temperatura de fusão das fases

aluminatos e ferratos, é necessário recorrer à combustão de carvão ou de fuel - oil. Na

década de 50 o carvão foi sendo gradualmente substituído pelo fuel, de tal modo que,

por volta de 1970, os fornos eram aquecidos somente a fuel. A partir de 1973, com o

início da crise do petróleo começou-se a voltar de novo ao carvão, ou pelo menos a

empregar sistemas mistos de queima de carvão com fuel e a partir dos anos oitenta usa-

se sobretudo carvão e coque de petróleo e também gás natural (Coutinho, 1988,

Jackson, 1998).

O carvão seco é reduzido a pó e injectado na parte inferior do forno com uma

parte do ar (ar primário); o restante ar comburente (ar secundário) é introduzido no

forno depois de ter sido aquecido no arrefecedor do clínquer (Coutinho, 1988).

É possível utilizar resíduos como combustível, de forma limpa e eficaz em termos

ambientais, como demonstrado em experiências efectuadas em vários pontos do mundo

com diferentes produtos, tais como pneus usados, lixos domésticos e sedimentos de

efluentes de esgoto (BCA, 1992).

Quando se queima carvão há que ter em conta a composição química das suas

cinzas, que vão modificar a do cru; a composição deste é portanto calculada para

receber a sílica, alumina, ferro, etc., que as cinzas eventualmente possuem. O fuel - oil

contém geralmente enxofre, assim como diversos carvões com altos teores de enxofre e



50

é este elemento, vai introduzir sulfuretos e especialmente sulfatos, no cimento.

(Coutinho, 1988; BCA, 1992). Em termos ambientais os carvões com altos teores de

enxofre não provocam emissões poluentes pois o enxofre fica retido no clínquer (BCA,

1992; Neville, 1995).

Para se alcançar a temperatura de clinquerização (1400 - 1450oC) é necessário

obter uma chama com temperatura da ordem de 1700oC.

Em termos de consumo de carvão utilizam-se cerca de 220 kg para produção de 1

tonelada de cimento e quando se utilizava fuel-oil, que caiu em desuso nos anos oitenta,

eram necessários cerca de 125 litros (Neville, 1995).

A alimentação do forno pode ser realizada de quatro formas: pela entrada directa

da farinha (via seca), da pasta de cru (via húmida 35 a 50% de água), da farinha

humedecida com água, até 13%, aglomerado em grânulos (via semi-seca) e em pasta

dissecada por meio de uma compressão e filtragem (via semi-húmida que reduz a

humidade a menos de 20%).

O forno rotativo é adaptado a estes estados da matéria prima, e a sua construção

visa sempre o aproveitamento do calor transportado nos fumos provenientes da

cozedura ou clinquerização, para secar a aquecer a matéria - prima a caminho da

cozedura.

Assim, a clinquerização em via húmida emprega fornos rotativos longos, (230 m)

equipados com por exemplo, grinaldas de cadeias internas, (correntes que absorvem o

calor dos gases em movimento, e o transmitem por condução para a pasta) com o fim de

reaproveitar energia e demorar o mais possível a progressão da pasta, obrigando-a

primeiro a secar; a cozedura em via semi-húmida utiliza fornos mais curtos e precedidos

de pré-aquecedores verticais, horizontais (tambores rotativos), etc., onde o teor de água

da pasta desce para 10 a 15% (Coutinho, 1988, Jackson, 1998).

Na via semi-seca empregam-se secadores de grelha móvel, onde os grânulos de

cru (de farinha humedecida com água), aglomerados, se depositam e através dos quais

circulam os gases quentes de combustão.

Finalmente, na via seca empregam-se hoje nas fábricas de maior produção, pré-

aquecedores de ciclones que foi talvez o maior desenvolvimento, em termos de redução



51

de consumo de energia na produção do cimento, dos quais o mais importante é o Dopol

- Figura 5.1 (Coutinho, 1988; Jackson, 1998).

Os gases provenientes do forno são aspirados, entrando pela parte inferior,

enquanto o cru entra pela parte superior, descendo através dos ciclones, onde os gases

provocam a sua agitação e dispersão, até entrar no forno.

Figura 5.1 - Esquema de um pré-aquecedor Dopol. Os gases quentes provenientes do forno, A, são aspirados saindo por C, para captação e aproveitamento do pó. A alimentação do cru é feita em B; este

desce até aos dois primeiros ciclones paralelos, 4, depois aos outros dois, 3, entrando em seguida na câmara de recolha, 2 donde passa para os dois primeiros ciclones paralelos, 1 (Coutinho,1988).

A permuta de calor neste sistema é então obtida por fluidificação do cru no seio

dos gases quentes, de modo que cada partícula fica em contacto com os gases,

adquirindo a sua temperatura em uma fracção de segundo. Os gases saem a cerca de 50

a 70oC (temperatura a que vai entrar a matéria prima) e o cru sai do recuperador

entrando no forno a cerca de 800 a 900oC. Com estes pré-aquecedores consegue-se



52

recuperar cerca de 82% do calor dos gases de combustão que saem do forno. O

inconveniente deste sistema é, como veremos mais à frente, o enriquecimento do

clínquer em álcalis e sulfatos (Coutinho, 1988).

Na Figura 5.2 vê-se a fotografia de parte do forno e parte da Torre de Ciclones

numa fábrica de produção de cimentos em Portugal.

Figura 5.2 – Parte do forno e parte de Torre de Ciclones (Cimpor).

5.4.4 Arrefecimento do clínquer. Moagem

À saída do forno o clínquer deve ser arrefecido rapidamente, pois o silicato

tricálcico é instável a temperaturas inferiores a 1250oC; há portanto que conservar a sua

estrutura, arrefecendo-o rapidamente desde temperaturas superiores àquela até à

ambiente.

O silicato bicálcico apresenta as formas β e γ; a forma β é estável desde a

temperatura de formação (1200oC) até 675oC. Abaixo desta temperatura o silicato

bicálcico β transforma-se em γ, forma em que é praticamente inerte. Por isso também é

necessário evitar a formação do silicato bicálcico γ, arrefecendo rapidamente o silicato

desde 1200oC até à temperatura ambiente.



53

Há também toda a vantagem em evitar que a fase líquida cristalize pois a

reactividade do aluminato de cálcio diminui e o óxido de magnésio poderá cristalizar

em grandes cristais (periclase), o que provoca a instabilidade e a expansibilidade do

volume da pasta de cimento endurecido.

Para efectuar o arrefecimento, há diferentes dispositivos dos quais o mais corrente

é o planetário constituído por vários tubos arrefecedores que envolvem o forno. O

clínquer é arrefecido pelo ar (comburente) que em contracorrente o atravessa, chegando

quente à zona de combustão.

Após a saída do arrefecedor, a cerca de 125-180oC o clínquer é armazenado, terminando

o seu arrefecimento com aspecto negro e duro – Figura 5.3, entrando depois nos

moinhos de bolas, onde é moído, juntamente com adjuvantes, para facilitar a moagem,

com aditivos – gesso (3 a 5%) – para lhe regular o tempo de presa, e outros, para lhe

modificar as propriedades como a pozolana, a escória de alto-forno, etc. (Coutinho,

1988; Neville, 1998).

Figura 5.3 – Clínquer à saída do arrefecedor.

Modernamente, e ainda como resultado da crise energética e por razões

ambientais, os aditivos podem ser inertes, em proporção tal que não comprometam as

propriedades do cimento (em geral até 10 ou 15%).

A moagem efectua-se em moinho de bolas idêntico aos da preparação do cru,

numa operação que consome cerca de 40% da energia total do fabrico do cimento. A

característica que se obtém, a finura, é tão importante como a composição química.



54

Os elementos finos produzidos por moagem tendem a diminuir muito rapidamente

o rendimento desta operação. O aparecimento de elementos finos, embora desejado,

aumenta a compacidade da mistura do clínquer com as bolas, diminuindo a eficácia

destas. É por isso necessário eliminá-los o mais rapidamente possível, à medida que se

vão formando. Para a solução deste caso há dois tipos de moedura: em circuito aberto e

em circuito fechado (Coutinho, 1988).

Na moagem em circuito aberto o clínquer, juntamente com o gesso, é introduzido

no moinho que tem três compartimentos com bolas de aço de diâmetro sucessivamente

menor, desde 60 a 80 mm no primeiro compartimento (em 1/6 do comprimento do

moinho) passando por um compartimento intermédio com bolas de 30 a 50 mm até

diâmetros de 15 a 25 mm no último (com metade do comprimento); actualmente, no

último compartimento usam-se corpos moentes cilíndricos (cylpebs) em vez de bolas,

com 4 a 8 mm de diâmetro (Coutinho, 1988).

Na moagem em circuito fechado, os finos vão sendo extraídos do moinho à

medida que se vão produzindo. Uma corrente de ar atravessa o moinho, da entrada para

a saída, arrastando as partículas mais finas, para um separador, onde são classificadas:

as finas vão para os silos de armazenamento, e as mais grossas voltam ao moinho

(Coutinho, 1988).

Para ajudar a moagem usam-se adjuvantes que se adicionam ao clínquer durante

esta operação promovendo a dispersão das partículas de cimento: 0,01 a 0,1% da massa

do clínquer em aminas ou sais de aminas, poliois, linhossulfitos ou ácidos orgânicos

fracos que não são decompostos às temperaturas de moagem. Estes adjuvantes

diminuem o consumo de energia de 10% a 15% e não têm qualquer acção sobre a

qualidade do cimento. Evitam o revestimento das bolas, das paredes do moinho e a

formação de agregados de partículas grossas com finas, aumentando o rendimento do

separador de fluxo de ar (Coutinho, 1988).

Dos moinhos de bolas, o cimento passa para grandes silos, onde é homogeneizado

e daí distribuído, a granel ou em sacos (Coutinho, 1988).

A Figura 5.4 - representa o diagrama de produção (via seca) numa central

moderna.



55

Figura 5.4 – Produção de cimento (via seca) (Cimpor)



56

5.5 Principais componentes do cru e do clínquer Portland 5.5.1 Considerações gerais

Os componentes da matéria prima sujeitos à acção da temperatura vão sofrendo

uma série de reacções químicas e vão-se transformando em compostos diversos como

esquematizado no diagrama da Figura 5.5 (Jackson, 1998).

Figura 5.5 – Esquema das transformações sofridas pelo cru até se transformar em clínquer (Jackson,

1998). 5.5.2 Componentes da matéria prima

Neste diagrama tem-se à esquerda a composição da matéria prima obtida pela

mistura devidamente doseada de calcário e argila que compreende:

Calcite CaCO3 Sílica SiO2 Minerais de argila SiO2 – Al2O3 – H2O Óxidos de ferro Fe2O3

A composição da matéria prima deve ser tal que depois de perder a água e o

dióxido de carbono devido à elevada temperatura atingida no forno, tenha uma

composição química dentro dos limites seguintes:

CaO - 60 a 67% SiO2 - 17 a 25%

CaCO3

CALCÁRIO

sílica SiO2 Al2O3 H2O óxidos de ferro Fe2O3

ARGILA



57

Al2O3 - 3 a 8% Fe2O3 - 0.5 a 6%

Além destes componentes principais, a matéria-prima contém ainda metais

alcalinos, magnésio, magnésio, titânio, fósforo e, eventualmente, sulfatos:

MgO - 0.5 a 4% K2O e Na2O - 0.3 a 1.2% SO3 - 2 – 3.5%

(Coutinho, 1988 ; Neville, 1995 ; Jackson, 1998).

5.5.3 Notação abreviada

Note-se que é costume na Química do cimento, considerar a notação abreviada

seguinte:

CaO - C SiO2 - S Al2O3 - A Fe2O3 - F

No que respeita ao cimento hidratado são usados também os seguintes símbolos:

H2O - H SO3 - S

5.5.4 Módulos Com o fim de obter produtos com a necessária regularidade de composição e

portanto de propriedades, é preciso que entre estes simples óxidos elementares existam

certas relações antes da cozedura, denominadas módulos (Nota 1), dos quais o

hidráulico foi pela primeira vez definido por Vicat:

Módulo hidráulico (VICAT)

3,2a7,1deOFeOAlSiO

CaO

32322 ++

Depois deste, outros se têm calculado, e hoje é costume considerar mais os

seguintes:

Módulo silícico

3a2deOFeOAl

SiO

3232

2

+

Quanto mais baixo for este módulo mais baixo será a temperatura de

clinquerização, pois Al2 O3 e Fe2 O3 são fundentes.



58

Módulo alumino-férrico ou de fundentes

5,2a5,1deOFeOAl

32

32

Grau de saturação em cálcio

98,0a90,0deOFe65,0OAl18,1SiO8,2

CaO

32322 ++

Este último módulo representa a relação entre o óxido de cálcio total e o que é

susceptível de se combinar com sílica, alumina e ferro para dar os componentes

indicados mais adiante.

À alumina e aos óxidos de ferro chamam-se fundentes, pois os compostos em

que intervêm fundem à temperatura mais elevada (denominada temperatura de

clinquerização) ajudando assim à melhor combinação de todos os intervenientes nas

reacções em que se formam os componentes do cimento.

O Módulo de fundentes é particularmente importante na obtenção de cimentos

com resistência química melhorada e calor de hidratação baixo. Para este efeito é

necessário que não se forme aluminato tricálcico (Al2O3. 3CaO) o que acontece quando

o número de moléculas de sesquióxido de ferro é igual ou maior do que o número de

moléculas de óxido de alumínio (Coutinho, 1988).

64,0OFeOAl

32

32 ≤

Se os módulos não respeitarem os limites apresentados, é necessário fazer

correcções à matéria prima depois de moída e antes de entrar para os silos alimentadores

do forno. Como foi dito anteriormente, (3.4.2) a matéria prima depois de moída, é

sujeita a análise química automática por raios X. Esta informação é automaticamente

processada pelo sistema informático instalado e as correcções a fazer, isto é, as

quantidades necessárias de calcário, sílica, ferro e/ou alumina são adicionadas

automaticamente a partir dos silos respectivos.

Nota 1: Nas fórmulas dos módulos, os símbolos referem-se ás percentagens dos óxidos na

totalidade do cimento e não aos seus pesos moleculares.



59

5.5.5 Componentes principais do clínquer As reacções químicas que ocorrem pela acção da temperatura, a partir da matéria

prima constituída principalmente por cal, sílica, alumina e óxidos de ferro levam à

formação dos componentes principais do clínquer Portland, os quais cristalizam em

elementos mais ou menos individualizados, enumerados a seguir, com indicação da

percentagem em que normalmente ocorrem nos cimentos Portland:

Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 (de 20 a 65%) C3S (alite) Silicato bicálcico 2CaO.SiO2 (de 10 a 55%) C2S (belite) Aluminato tricálcico 3CaO.Al2O3 (de 0 a 15%) C3A(aparece c/ mat. vítrea) Aluminoferrato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (de 5 a 15%) C4AF (celite)

Esquematicamente podem-se resumir assim as transformações sofridas pelas

matérias primas pela acção da temperatura até à obtenção do clínquer:

Até 100oC evapora-se a água livre, secando a mistura de calcário e argila.

Até 450oC sai a água adsorvida nos componentes da matéria prima.

Até 700oC dá-se a activação dos silicatos por desidratação e alterações na rede

cristalina.

De 700 a 900oC dá-se a decomposição dos carbonatos de cálcio (e de magnésio)

com a formação de óxido de cálcio (e de magnésio).

Começa a combinação da alumina, óxidos de ferro e sílica activada com o óxido

de cálcio. Inicia-se a formação de belite (silicato bicálcico←sílica+cal) e a formação de

aluminato de cálcio 12CaO.7Al2O3 (C12A7←alumina+cal) e aluminoferrato bicálcico

(C2AF).

De 900 a 1200oC prossegue em pleno a formação de belite (silicato bicálcico),

começa-se a formar o aluminato tricálcico (C3A) e o aluminoferrato tetracálcico (C4AF).

De facto, a cerca de 1200oC a maior parte do aluminato tricálcico e aluminoferrato

tetracálcico está constituído e o teor de silicato bicálcico (belite) atinge o máximo.

A 1260oC principia o aparecimento da fase líquida, constituída pela combinação

de parte de óxido de cálcio com os óxidos de alumínio e de ferro, a qual promove a

constituição do silicato tricálcico (alite), a partir do silicato bicálcico (belite) já formado.

Mas parte do silicato bicálcico subsiste pois este não se pode transformar em tricálcico

sem que haja ainda algum óxido de cálcio livre. Ver-se-á que este óxido de cálcio (livre)

pode ser nocivo porque a sua hidratação se dá com expansão, a qual se pode tornar

perigosa quando o seu teor exceda 2% e se encontre cristalizado (Coutinho, 1988).



60

Durante o arrefecimento a fase fundida não deve cristalizar. Se o arrefecimento

for lento o C3A cristaliza e o óxido de magnésio poderá formar grandes cristais. No

diagrama da Figura 23 não está representado o que se passa com os sulfatos alcalinos,

que se individualizam durante o processo de arrefecimento (Jackson, 1998; Coutinho,

1988).

Na realidade os componentes do clínquer do cimento não são tão simples como

indicado anteriormente pois não aparecem puros: a sua rede cristalina contém outros

metais, como os alcalinos, o ferro, o magnésio, etc. De facto, na sua estrutura, há

átomos de cálcio que são substituídos por magnésio e pelos metais alcalinos, átomos de

silício e de alumínio que são substituídos por átomos de ferro, etc. Existem no clínquer

óxidos livres e outros componentes em solução sólida com estes e tudo isto cria

influências recíprocas muito importantes na composição e estrutura de tais componentes

(Coutinho, 1988).

Le Châtelier foi dos primeiros a reconhecer que a análise química do clínquer

pouco diria sobre a natureza dos componentes formados durante a fusão e a sua

cristalização subsequente. Em 1882, observando ao microscópio, por transparência,

secções delgadas do clínquer, descreveu os principais cristais que o compõem, bem

como a massa vítrea isótropa que os rodeava e cerca de quinze anos depois o sueco

Törnebohm sem conhecer o trabalho de Le Châtelier, descrevia os mesmos minerais,

tendo designado os principais por alite, belite e celite.

A alite é essencialmente constituída pelo silicato tricálcico com diferentes

átomos estranhos, como o Mg, Al, Fe. Os cristais de alite são poligonais, de estrutura

romboédrica, rectangulares ou hexagonais, com dimensões de 10 a 50 µm.

A belite é constituída essencialmente por silicato bicálcico β, com átomos

estranhos, como o potássio, o fósforo, o bário, etc. Os cristais apresentam maclas lisas

ou estriadas; a sua dimensão é da ordem de 30 µm. Os grãos não têm forma cristalina

definida, são arredondados, amarelados, mais ou menos escuros.

A celite, que ocorre entre os cristais de alite e belite, reconhece-se pela sua cor

amarelo-alaranjada, é constituída por soluções sólidas entre um ferrato bicálcico e um

aluminato bicálcico e na qual o aluminoferrato tetracálcico (C4AF) é um ponto de

especial importância. A esta solução sólida chama-se fase ferrítica (Coutinho, 1988). O

conteúdo médio de celite nos cimentos Portland é cerca de 8% e é a celite (contém



61

ferro) que é responsável pela sua cor cinzenta pelo que o cimento branco não contém

celite (Soroka, 1993).

Existe também, entre outros, um material sem cor, como o vidro e que também

aparece como material de enchimento entre os grãos de alite e de belite, constituído por

aluminatos – aluminato tricálcico(C3A) e por uma massa vítrea (Coutinho, 1988). Figura 5.6 (Glasser, 1998) – Estrutura de um clínquer Portland relativamente comum observado ao microscópio óptico:

alite (silicato tricálcio) – cristais amarelados, de forma aproximadamente hexagonal.

belite (essencialmente silicato bicálcico) – cristais mais escuros, arredondados.

A fase intersticial (celite, massa vítrea etc.) a temperaturas elevadas era material fundido encontrando-se agora cristalizado numa mistura de soluções sólidas entre ferrato de cálcio e aluminato de cálcio, que inclui o aluminoferrato tetracálcico (C4AF). (As manchas irregulares são resina de preparação para observação)(Coutinho, 1988; Glasser 1998).

Figura 5.7 – Estrutura de um clínquer Portland idêntico ao anterior:

alite – cristais escuros azulados (com inclusões de belite)

belite – cristais arredondados, muitos em forma de maclas (Glasser, 1998).

Figura 5.8 – Aspecto esquemático dos principais componentes do clínquer de cimento Portland: cristais poligonais de alite com pequenas inclusões de belite, cristais arredondados de belite com estriação característica, e fase intersticial de aluminato, ferrite e massa vítrea (Coutinho, 1988).



62

As propriedades do cimento são dominadas pela natureza da estrutura do

clínquer, a qual se pode dizer que varia de cimento para cimento devido às diferenças

nas matérias-primas e no modo de fabrico.

Com efeito, é importante voltar a assinalar que a formação do clínquer resulta de

reacções no estado semi-sólido: apenas cerca de 20% da matéria-prima funde, e os

outros 80% reagem no estado sólido. Por isso, enquanto os materiais obtidos

inteiramente por fusão, como o ferro fundido, o aço, etc., não são influenciados pelo seu

antigo estado, o mesmo não acontece com o clínquer, pois, porque não passou

totalmente pelo estado fluído, a cristalização e sobretudo os defeitos da cristalização são

influenciados pela constituição cristalográfica do calcário e da argila primitivos.

Portanto os clínqueres, mesmo com composições químicas idênticas, podem ter

características diferentes, segundo a natureza do material na pedreira de origem.

Acresce ainda que factores como a história térmica do clínquer (tanto dentro do

forno como durante o arrefecimento), as dimensões e forma das partículas que

compõem o cru, as variações acidentais da composição química do cru – tanto devidas a

erros acidentais da dosagem como da natureza e concentração de impurezas tais como

magnésio, compostos de flúor, fosfatos, óxidos de chumbo e zinco, álcalis e sulfuretos –

contribuem para alterar a estrutura do clínquer. Daqui resulta a enorme variabilidade

nas propriedades do cimento que não pode ser explicada apenas pela análise química

(Coutinho, 1988).

5.5.6 Cálculo dos componentes principais do cimento Portland Viu-se portanto que a matéria prima submetida a temperaturas de

clinquerização, é transformada em quatros tipos diferentes de compostos cálcicos (C3S,

C2S, C3A e C4AF) que se encontram, àquelas temperaturas num estado de equilíbrio

químico. Ora, o arrefecimento vai afectar o grau de cristalização daqueles compostos e a

quantidade de matéria amorfa resultante e portanto o produto arrefecido terá uma

composição química diferente. De qualquer modo para simplificar, é internacionalmente

aceite considerar que o clínquer arrefecido corresponde à composição de um estado de

equilíbrio total entre os componentes cristalizados como se se mantivessem àquelas

temperaturas elevadas. Aliás é esta conversão que permite determinar a designada por



63

“composição potencial” ou “composição de Bogue” de um cimento a partir das

quantidades de óxidos determinados por análise química (Neville, 1995).

O método proposto por Bogue, hoje universalmente aceite como primeira

aproximação através da norma americana ASTM C 150, pois presta muito bons serviços

para rápidas apreciações da qualidade do cimento, consiste, em resumo, no seguinte:

Parte-se da análise química do cimento, em óxidos elementares, tal como é

fornecida directamente pelos métodos analíticos usuais. Note-se todavia que na análise

deve figurar a determinação do óxido de cálcio livre, o qual se deve subtrair do óxido de

cálcio total determinado, de modo a obter a parte deste óxido que está combinada. À

percentagem de sílica deve também subtrair-se o chamado resíduo insolúvel, quase

exclusivamente constituído por sílica no estado livre, não combinada.

A análise química fornece as percentagens dos seguintes óxidos elementares:

CaO combinado,

SiO2 combinado,

Al2O3,

Fe2O3,

MgO,

CaO livre,

SO3,

e ainda, eventualmente, TiO2, Na2O e K2O (Coutinho, 1988).

A análise química dos cimento terá de ser conduzida de acordo com a norma

NP EN 196-2 – (1996): Métodos de ensaios de cimentos. Parte 2: Análise

química dos cimentos.

Com as percentagens dos óxidos elementares e utilizando as fórmulas seguintes

calcula-se então a composição potencial ou de Bogue:

C3S = 4.07 (CaO) – 7.60(SiO2) – 6.72(Al2O3) – 1.43(Fe2O3) – 2.85(SO3)

C2S = 2.87(SiO2) – 0.75(3CaO . SiO2)

C3A = 2.65(Al2O3) – 1.69(Fe2O3)

C4AF = 3.04(Fe2O3)

No Quadro 5.1 apresentam-se a composição em óxidos de um cimento Portland

habitual (anos sessenta), e a respectiva composição potencial ou de Bogue (Neville,

1995).



64

Quadro 5.1 – Composição em óxidos, resultante de análise química e respectiva composição de Bogue (Neville, 1995)

Composição em óxidos % Composição potencial (Bogue) %

CaO (combinado) SiO2 (combinado) Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O Outros Perda ao fogo Resíduo insolúvel

63 20 6 3

1.5 2 1 1 2

0.5

C3A C3S C2S C4AF Compostos secundários

10.8 54.1 16.6 9.1 _

Chama-se à composição assim calculada potencial, porque neste cálculo se

supõe que não só todo o clínquer está cristalizado como já referido, não ficando nele

nenhum material vítreo após o arrefecimento, mas também que os compostos formados

são puros, sem inclusão de átomos estranhos. Nenhuma destas hipóteses é correcta, pois

a experiência mostra que há sempre ma certa quantidade de massa vítrea no clínquer,

que os componentes principais não são puros e que o composto ternário férrico tem uma

composição geralmente distinta da do aluminoferrato tetracálcico (Coutinho, 1988).

Hoje existem vários métodos para determinar a composição de cimento Portland

tais como métodos de difracção de raio X, microscopia óptica, microscopia electrónica

de varrimento, dissolução selectiva, análise termo-gravimétrica, o método de Bogue

aperfeiçoado (ver Lea’s – Chemistry of Cement and Concrete, pg 197).

De qualquer forma é importante ter sempre presente que as propriedades de um

cimento dependem não só da composição da matéria prima, como também das

condições de cozedura e de arrefecimento.

5.6 HIDRATAÇÃO

O clínquer depois de arrefecido é então moído com uma pequena percentagem

de gesso e é este produto que se designa por cimento e que em contacto com a água dá

origem a um novo sistema de compostos hidratados estáveis que cristalizam com hábito

acicular, emaranhando-se e colando-se uns aos outros, conferindo ao conjunto uma

resistência elevada.

Ciencia de Materiais – 1ª Parte Documento Provisório-2002


65

5.6.1 Presa, endurecimento e hidratação Durante um período inicial designado por período dormente ou de indução,

após a amassadura de água e cimento, a fluidez ou consistência da pasta mantém-se

relativamente constante e embora se verifique uma perda gradual de fluidez, é possível

recuperá-la se se reamassar a pasta.

Em geral 2 a 4 horas depois da amassadura, a temperaturas normais, a mistura

começa a ganhar rigidez muito mais rapidamente e considera-se que se atingiu o início

de presa. No entanto a resistência é ainda muito baixa e o endurecimento só começa

após o fim de presa que ocorre uma horas depois. O endurecimento é ,depois, muito

rápido nos primeiros um ou dois dias a seguir e, posteriormente, a resistência continua

a aumentar mas a uma taxa cada vez menor, durante semanas, meses e anos.

A pasta de cimento desenvolve calor, em particular durante a presa e início de

endurecimento. As reacções de hidratação são exotérmicas e se se medir o calor de

hidratação ao longo destas fases, a temperatura constante, obtém-se curvas do tipo da

Figura 5.9 (Domone, 1994)

Figura 5.9 – Curva típica relativa ao desenvolvimento de calor de hidratação de cimento Portland, durante a hidratação e a temperatura constante (Domone, 1994).

Pensa-se que o máximo (A) resulta da hidratação inicial à superfície das

partículas de cimento, sobretudo do aluminato tricálcico (C3A) (Neville, 1995).

Este máximo (A) dura apenas alguns minutos, e a curva de desenvolvimento de

calor decresce rapidamente, mantendo-se com um valor reduzido durante o já referido



66

período dormente em que praticamente não se verificam reacções, e cuja duração é de 2

a 3 horas. A seguir ao período dormente, aproximadamente na altura correspondente ao

início de presa, a taxa de libertação de calor começa a aumentar rapidamente (Domone,

1994) enquanto os produtos de hidratação de cada grão de cimento começam a

desenvolver-se e a entrelaçar-se (Neville, 1995). A taxa de libertação de calor continua

a aumentar, com a estrutura dos produtos de hidratação a densificar, atingindo-se

entretanto o fim de presa. Cerca de 10 horas depois da amassadura o endurecimento

prossegue e a curva de libertação de calor atinge o pico (B) correspondente à

reactividade máxima de hidratação. Posteriormente a curva decresce gradualmente e,

por vezes, poderá verificar-se um novo máximo (C), um ou dois dias depois.

Este comportamento é causado pela hidratação doas quatro componentes

principais de cimento e pela interacção entre os produtos de hidratação

Note-se que o processo de hidratação do cimento é extremamente complexo e

ainda hoje não é totalmente compreendido, existindo várias teorias sobre alguns dos

fenómenos envolvidos.

Apresenta-se em seguida uma possível explicação simplificada da hidratação do

cimento, procurando associá-la ao processo de libertação de calor nos primeiros dias,

acabado de descrever:

O aluminato tricálcico no estado puro (C3A), reage com a água muito

rapidamente (ao fim de alguns minutos), conduzindo a uma presa rápida ou

instantânea, acompanhada por desenvolvimento de calor (reacção 3, Quadro 5.2).

C3A + 6H → C3AH6

3CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O

Para moderar ou retardar esta reacção é necessário juntar ao cimento um

sulfato (cerca de 3 a 4%), o mais económico dos quais é o gesso natural. Este reage

lentamente com a C3A formando-se etringite (sulfoaluminato de cálcio hidratado,

reacção 6 do Quadro 5.2) isto é, o gesso protege o C3A da água (Coutinho, 1988;

Domone, 1994, Neville, 1995, Odler, 1998):

C3A + 3C S H2+ 26H → C6A S H32

3CaO.Al2O3+3(CaSO4.2H2O)+26H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O



67

O período dormente (Fig. 5.9), caracterizado por uma reactividade baixa, é

explicado por pelo menos 6 teorias diferentes e a mais vulgarmente aceite é a de que

este período é causado pela formação de etringite (a partir de gesso) e sua precipitação

sobre a superfície do C3A cuja solubilidade é baixa em presença de sulfatos (Odler,

1998). O fim do período dormente parece ser devido ao desaparecimento da camada de

protecção que envolve o C3A, começando então a formação de produtos de hidratação

CSH a partir do componentes do cimento.

Cerca de 24 horas depois, o gesso já foi totalmente consumido e começa a

transformação da etringite em monosulfoaluminato (3C4A S H12 ou C3A.C S ..H12) à custa

de C3A assim como hidratação do C3A ainda não consumido (reacção 3, Quadro 5.2).

São estas reacções que correspondem ao máximo (C) que por vezes aparece na cauda da

curva de libertação de calor (Figura 5.9) mas isto só acontece com cimentos com teores

elevados de C3A isto é, superiores a 12% (Domone, 1994).

A formação de monosulfoaluminato resulta da combinação da etringite com

aluminato tricálcico ainda existente (reacção 7, Quadro 5.2) (Odler, 1998):

C6A S H32 + 2C3A + 4H → 3C4A S H12

3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + 2(3CaO.Al2O3)+ 4H2O→3(4CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O)

À medida que a etringite é consumida também se forma aluminato hidratado de

cálcio hexagonal C4AH19 que pode formar uma solução sólida com o

monosulfoaluminato C4A S H12 ou individualizar-se em cristais (Odler, 1998).

Repare-se que o facto de se juntar gesso não evita totalmente a reacção (3,

Quadro 5.2) de hidratação directa do C3A, apenas a atrasa.

A hidratação do aluminoferrato tetracálcico (C4AF) verifica-se durante o mesmo

período da hidratação do C3A e também envolve um composto intermédio com gesso

(Domone, 1994). Os produtos finais da hidratação de C4AF parecem ser aluminatos

tricálcicos hidratados e uma fase amorfa ferrítica. É possível também que parte do óxido

de ferro (Fe2O3) esteja presente em solução sólida nos aluminatos tricálcicos hidratados

(Neville, 1995).

Segundo Coutinho (1988), de uma forma simplificada, poder-se-á dizer que o

aluminoferrato tetracálcico (C4AF) reagindo com a água liberta aluminato tricálcico e

ferrato monocálcico ( reacção 4, Quadro 5.2). Este, reagindo com o hidróxido de cálcio



68

já presente transforma-se em ferrato tricálcico (C3FHm) (reacção 5, Quadro 5.2), que

forma soluções sólidas com o aluminato tricálcico hidratado (C3AH). Desta maneira o

aluminato tricálcico (C3A) fica protegido da acção do ião sulfato, e por esta razão os

cimentos resistentes à acção dos sulfatos devem conter uma proporção razoável de

aluminoferrato tetracálcico (C4AF) (Coutinho,1988).

Todas estas reacções são muito mais complexas envolvendo a formação de

soluções sólidas, não se tendo ainda chegado a um consenso sobre o que efectivamente

se passa.

O silicato tricálcico C3S (ou mais precisamente, a alite) ao reagir com a água

liberta hidróxido de cálcio, uma parte da qual fica em solução, outra cristaliza. O

silicato ao perder cálcio origina o bissilicato tricálcico (C3S2H3) hidratado como se pode

observar no Quadro 3, reacção 1 (Coutinho, 1988). Esta reacção é a mais rápida a

realizar-se e, de facto, a maior contribuição para o pico B (Figura 5.9) da curva de

evolução de calor resulta desta reacção. O produto desta reacção (C3S2H3) é muitas

vezes referido simplesmente como silicato de cálcio hidratado CSH e é responsável pela

resistência atingida no cimento endurecido (Domone, 1994). A hidratação da alite,

como dito, leva à formação de hidróxido de cálcio, que corresponde a 40% do total dos

produtos de hidratação da alite (18% na belite) (Soroka, 1993).

2 C3S +6 H → C3S2H3 +3CH

2(3CaO.SiO2)+6H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2

Note-se desde já, o que é importante para o estudo das acções agressivas sobre o

betão, que este silicato hidratado somente é estável quando em contacto com soluções

saturadas de hidróxido de cálcio (que a 20oC contenham de 1585 mg a 1450 mg deste

hidróxido por litro de água, o que corresponde a um domínio do pH de 12,34 a 12,20)

(Coutinho, 1988).

O silicato bicálcico (C2S), ao reagir com a água também liberta hidróxido de

cálcio, embora em menor quantidade (cerca de 1/3 do libertado pelo silicato tricálcico) e

transforma-se num outro silicato de cálcio hidratado (reacção 2, Quadro 5.2).

2 C2S +4H → C3S2H3 + CH

2(2CaO.SiO2)+4H2O→ 3,3CaO.2SiO2.3,3H2O+0,7Ca(OH)2

O domínio de estabilidade deste composto hidratado é muito maior do que o

correspondente ao da hidratação do silicato tricálcico, pois vai até soluções com 130 mg



69

formam soluções sólidas

de hidróxido de cálcio por litro de água, com pH = 11,00 (Coutinho, 1988). O C2S ou,

rigorosamente, a belite reage mais lentamente que o C3S mas os produtos da reacção são

idênticos (CSH) como se pode observar no Quadro 5.2, reacção 2. A contribuição desta

reacção para o calor de hidratação é reduzida (Domone, 1994).

Quadro 5.2 – Reacções de hidratação dos componentes principais do cimento Portland (com base em Coutinho, 1988; Domone, 1994; Neville, 1995 e Odler, 1998)

Ref

erên

cia

no te

xto

Reacções

Compostos principais formados

1 2 C3S +6 H → C3S2H3 +3CH 2(3CaO.SiO2)+6H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2

silicatos cálcicos

hidratados

2 2 C2S +4H → C3S2H3 + CH 2(2CaO.SiO2)+4H2O→ 3,3CaO.2SiO2.3,3H2O+0,7Ca(OH)2

silicatos cálcicos

hidratados

3 C3A +6H → C3AH6 3CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O

sem gesso (ou já sem etringite)

calor de hidratação elevado Aluminatos tricálcicos hidratados

4

5

C4AF + 7H → C3AH6 + CFH 4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O +CaO.Fe2O3.H2O CFH + 2Ca(OH)2+nH → C3FHm CaO.Fe2O3.H2O+2Ca(OH)2+nH2O→ 3CaO.Fe2O3.mH2O

Alumino-ferratos cálcicos

hidratados

6 C3A + 3C S H2+ 26H → C6A S H32 3CaO.Al2O3+3(CaSO4.2H2O)+26H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O etringite

7 C6A S H32 + 2C3A + 4H → 3C4A S H12 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + 2(3CaO.Al2O3)+ 4H2O→3(4CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O)+...

etringite monosulfoaluminato cálcico

NOTA: notação abreviada a itálico

As quantidades acumuladas de cada produto ao longo de alguns dias

apresentam-se na Figura 5.10 e ao fim

de um dia é aparente a preponderância

de CSH acompanhada do crescimento

de hidróxido de cálcio.

Figura 5.10 – Desenvolvimento típico dos produtos de hidratação em pasta de cimento

Portland (Domone, 1994).

evita presa instantânea



70

5.6.2 Hidratação e microestrutura O endurecimento do cimento é lento, sobretudo da belite, pelo que em geral

nunca se considera que as reacções se completaram mas que se atingiu um determinado

grau de hidratação.

À semelhança da maioria dos processos químicos, a temperatura acelera as

reacções de hidratação e com temperaturas baixas a velocidade de reacção diminui,

chegando mesmo a anular-se quando a temperatura atinge os 10 oC negativos.

Tem sido levados a cabo, por utilização de diversas técnicas tais como

microscopia electrónica de varrimento e técnicas de difracção de raios X, muitos

estudos relacionados com a hidratação do cimento e a microestrutura resultante e

tornou-se claro que o processo se desenvolve na interface sólido/líquido tendo como

resultado produtos de estrutura complexa e com elevada superfície específica como

esquematizado na Figura 5.11(Domone, 1994).

Na Figura 5.12 apresenta-se um esquema do desenvolvimento microestrutural,

também durante a hidratação, mas de um grão de cimento.

Figura 5.11 – Esquema do desenvolvimento da microestrutura da pasta de cimento durante a hidratação



71

a – cimento e água acabados de misturar. As partículas encontram-se dispersas na água de amassadura quer individualizadas quer em flocos. O espaçamento entre elas depende da razão água/cimento. Durante o período dormente forma-se etringite à superfície das partículas de cimento, sob a forma de agulhas. b – presa inicial – começo do emaranhamento de partículas de CSH a formarem-se e alguns cristais de Ca(OH2). No final do período dormente, isto é, aproximadamente no início de presa, a etringite das partículas adjacentes começa a interferir e começam a formar-se partículas de CSH com aspecto de “papel de prata encorrilhado” e forma alongada. As camadas do “papel de prata” correspondem normalmente a 2 ou 3 camadas moleculares.

c – pasta de cimento com 2 ou 3 dias, já com maior resistência consequente da maior densidade de silicatos cálcicos hidratados a formarem-se entre o cimento não hidratado e os poros capilares.

Na fase seguinte prossegue a formação de gel CSH entre as partículas e a resistência aumenta. Os cristais de hidróxido de cálcio vão-se desenvolvendo e alguns poros de maiores dimensões ainda permanecem vazios assim como o interior dos grãos de cimento permanece desidratado.

d – pasta amadurecida – silicatos cálcicos hidratados de maior densidade a envolver cristais de Ca(OH)2, resíduos de cimento não hidratado e poros capilares (Domone, 1994).

0 min. Grão não hidratado (a fase intersticial está ligeiramente exagerada)

10 min. Algum C3A reage com o sulfato de cálcio (gesso) em solução. À superfície do grão forma-se gel amorfo rico em aluminatos e também se desenvolvem a partir do gel e na solução, agulhas curtas de etringite (AFt).

10 h Reacção de C3S que produz uma capa exterior de gel C-S-H a partir da

rede de agulhas de etringite, deixando um espaço de 1 µm entre a superfície do grão e a capa hidratada.

18 h Hidratação secundária de C3A produzindo longas agulhas de etringite.

Começa a formar-se gel C-S-H no interior da capa devido à continuação da hidratação de C3S.

1-3 dias C3A reage com etringite que exista no interior da capa, formando-se placas

hexagonais de monossulfoaluminato Afm. A formação continuada de produtos no interior reduz a separação entre o grão anidro e a capa hidratada.

14 dias Já se formou uma quantidade suficiente de C-S-H no interior para encher o

espaço entre o grão e a capa. O gel C-S-H exterior tornou-se mais fibroso. Anos O material não hidratado reage através de um mecanismo lento, no estado

sólido, formando-se gel C-S-H adicional, no interior. A fase ferrítica parece permanecer sem reacção zona branca junto de C3A praticamente inalterada desde o início).



72

Figura 5.12 - Desenvolvimento microestrutural, durante a hidratação, de um grão de

cimento(Scrivener,1989)

Poder-se-á dizer, finalmente que a pasta de cimento endurecida consiste em:

1. Resíduo de cimento ainda não hidratado no núcleo dos grãos originais

2. Os produtos hidratados, sobretudo silicatos de cálcio hidratados CSH mas

também aluminatos de cálcio hidratados, sulfoaluminatos hidratados e

ferrite.

3. Cristais de hidróxido de cálcio - Ca(OH)2.

4. Poros capilares que correspondem aos espaços não preenchidos entre os

grãos de cimento(Domone,1994).

Assim , a pasta de cimento endurecida é composta por hidratos pouco cristalizados

de diversos compostos que constituem um material coloidal com superfície específica

cerca de 500 a 1000 vezes a do cimento que lhe deu origem, designado por gel, por

cristais de hidróxido de cálcio Ca(OH)2, por cimento não hidratado, por vazios cheios

de água e por outros componentes. Estes vazios designam-se por poros capilares e tem

diâmetros a partir das dezenas de nanómetros (mediana cerca de 1300 nanómetros)

enquanto que os vazios existentes no próprio gel (microporos ou poros do gel) tem

dimensões mais reduzidas e de poucos nanómetros (Sousa Coutinho, 1998).



73

C

CC

C C - poros capilares

- microporos ou poros do gel

- partículas de gel

Figura 5.13 - Modelo simplificado da estrutura da pasta de cimento.

A rede porosa da pasta de cimento de um betão é constituída pelos poros descritos

anteriormente - os poros do gel e os poros capilares e ainda, os poros de maiores

dimensões - os macroporos resultantes da granulometria e do ar emulsionado com os

componentes durante a amassadura e que não se conseguiu libertar durante a fase de

compactação. Na Figura 5.14 apresenta-se uma classificação dos poros de acordo com a

sua origem e tamanho, segundo Setzer (Sousa Coutinho, 1998).

microporos

poros capilares

poros de ar

poros de compactação 10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

1

10

Rai

o do

Por

o (n

anóm

etro

) mac

ropo

ros

poro

s cap

ilare

sm

icro

poro

s

met

ros

Distribuição de porossegundo Setzer (CEB)

poros com influência na durabilidade

( 30 nm)

Figura 5.14 - Distribuição de poros segundo Setzer (Sousa Coutinho, 1998).

5.6.3 Calor de hidratação dos componentes

Foi analisado anteriormente o desenvolvimento do calor de hidratação ao longo

dos primeiros dias de vida de pasta de cimento, isto é durante a presa e início de

endurecimento.



74

Interessa agora analisar a contribuição de cada um dos quatro componentes

principais.

O calor libertado após hidratação completa é aproximadamente igual à soma dos

calores de hidratação dos componentes principais quando hidratados separadamente.

Apresentam-se no Quadro 5.3 valores típicos do calor de hidratação (completa) dos

componentes principais do cimento (Neville, 1995).

Quadro 5.3 – Calor de hidratação (completa) dos componentes principais puros (Neville, 1995). Calor de hidratação Componentes J/g Cal/g

C3S C2S C3A

C4AF

502 260 867 419

120 62 207 100

Assim a partir das percentagens dos componentes principais (C3S, C2S, C3A e

C4AF) é possível estimar com uma razoável precisão o calor de hidratação (completa)

de um dado cimento (Neville, 1995).

Para além do calor da hidratação completa do cimento, interessa considerar

sobretudo o que se passa no período inicial.

De facto a libertação do calor das reacções de hidratação assume particular

importância quando se betonam, de uma só vez, peças em que qualquer das três

dimensões é superior a 1 ou 2 metros (betão em massa), como por exemplo em

barragens. Então, no período inicial, a velocidade da saída do calor para o exterior é

inferior à taxa de libertação do calor de hidratação do cimento e a massa de betão vai

aquecendo; à medida que o tempo passa, a libertação de calor atenua-se e a massa

começa a arrefecer, criando-se então gradientes de temperatura tais, que podem originar

fissuração devidas às tensões instaladas (Coutinho, 1988).

Sabe-se que os componentes principais que se hidratam mais rapidamente são o

C3A e o C3S, pelo que reduzindo a percentagem destes componentes no cimento, o calor

de hidratação desenvolvido no período inicial é mais baixo.

Repare-se também que num cimento de maior finura, na fase inicial, a superfície

específica é maior, portanto as reacções são mais rápidas desenvolvendo-se mais calor

de hidratação.



75

Numa fase mais avançada da hidratação a finura já não afecta o calor de

hidratação.

Nas Figuras 5.15 e 5.16 apresenta-se a influência dos componentes C3A e C3S na

libertação do calor (nas primeiras horas) de hidratação do cimento (Neville, 1995).

Figura 5.15 – Influência do conteúdo em C3A na libertação de calor (Neville, 1995)

Figura 5.16- Influência do conteúdo em C3S na libertação de calor (Neville, 1995)

tempo - horas

conteúdo em C3A

Cal

/g

Cal

or d

esen

volv

ido

J/g

Conteúdo em C3S

tempo - horas

Cal

/g

Cal

or d

esen

volv

ido

J/g



76

Em conclusão pode-se, portanto, reduzir o calor de hidratação usando um

cimento com quantidades mais baixas de C3A e C3S, um cimento menos moído e ainda

uma menor dosagem de cimento na composição do betão.

Repare-se que, em termos de normalização europeia os projectos de norma pr

EN 197-3, pr EN 14216 e prEN14217 referem-se a cimentos de baixo calor de

hidratação.

É de realçar ainda que o calor de hidratação pode ser vantajoso em tempo muito

frio impedindo a congelação da água no betão fresco (Neville, 1994).

5.6.4 Resistência dos componentes hidratados

A contribuição dos compostos hidratados individualizados para o

desenvolvimento da resistência do cimento apresenta-se na Figura 5.17.

Figura 5.17 – Desenvolvimento da resistência nos compostos puros de cimento Portland.

Como visto anteriormente, a hidratação do cimento leva à formação de um gel

rígido constituído essencialmente por partículas de silicatos cálcicos hidratados (CSH).

As partículas de gel são muito pequenas e portanto a superfície específica é muito

elevada, cerca de 200 000 m2/kg (medida com vapor de água) (de 500 a 1000 vezes

superior à s.e. das partículas do cimento original – Domone, 1994). As forças de coesão

dependem das propriedades da superfície das partículas e portanto aumentam com o

aumento de superfície específica. A resistência mecânica do cimento após presa é,

portanto, sobretudo devida à elevada superfície específica do gel de cimento (Soroka,

1993).



77

5.6.5 A água no cimento hidratado A água é um constituinte essencial da pasta de cimento e o seu papel na coesão

é muito importante. De facto é útil classificar a água segundo o grau de dificuldade com

que se liberta para o exterior:

1) Água quimicamente combinada correspondente a água de hidratação do

cimento nas reacções referidas anteriormente. No processo de secagem da

pasta de cimento endurecida esta água não se liberta.

Só é possível retirar esta água por aquecimento a temperaturas superiores a

1000oC às quais o material se decompõe (Domone, 1994). Esta água é por

vezes determinada para calcular o grau de hidratação do cimento (Soroka,

1993).

2) Água zeolítica ou intersticial – Água ligada também à rede cristalina, mas

que se interpõe nas lamelas do gel da pasta de cimento hidratada (nos poros de

gel inferiores a cerca de 2,6 nm → 1nm = 10-9m), de modo que a sua saída, ou

entrada, não modifica a sua estrutura; apenas é alterado o espaçamento entre as

camadas cristalinas, ou lamelas. As propriedades cristalinas não sofrem

alterações quando a água zeolítica é eliminada; pois o cristal mantém a sua

estrutura. A água zeolítica pode ser retirada, por exemplo, por secagem intensa

a temperaturas elevadas ou reduzindo a humidade relativa do ambiente a

valores inferiores a 10%, embora a perda desta água leve a uma retracção

considerável pois as forças de Van der Waals conseguem aproximar as

camadas cristalinas ou lamelas (Domone, 1994). A saída desta água é

reversível e se novamente em atmosfera húmida o gel retoma gradualmente a

água, afastando as placas ou lamelas

3) Água (fisicamente) adsorvida – A superfície dos produtos da hidratação

do cimento é muito grande, dadas as pequenas dimensões dos cristais. A

enorme quantidade de átomos à superfície de tais cristais, cujas forças não

estão totalmente saturadas pelos átomos vizinhos, cria as chamadas forças de

superfície, de adsorsão ou de Van der Waals, que atraem as moléculas dos

fluidos da sua vizinhança. As moléculas de água são fortemente atraídas pela

superfície dos cristais dos componentes hidratados do cimento (Coutinho,

1988) podendo constituir até 5 camadas moleculares correspondendo então a



78

uma espessura de 1,3 nm . Quando a humidade relativa baixa a cerca de 30%

uma parte desta água pode ser perdida correspondendo a uma importante

parcela da retracção por secagem (Domone, 1994)

4) Água capilar – É a água que ocupa o espaço nos capilares e é livre da

acção das forças de adsorsão: resulta da condensação do vapor de água nos

capilares e nos poros de gel maiores (5 nm); a sua quantidade varia com a

humidade relativa da atmosfera e com o raio capilar. A entrada e saída são

reversíveis, dependendo da tensão de vapor e da temperatura (Coutinho, 1988;

Soroka, 1993).

5) Vapor de água – Os poros maiores podem estar parcialmente cheios com

água e os restantes espaços contém vapor de água à pressão de equilíbrio com

a humidade relativa e temperatura do ambiente circundante (Domone, 1994).

6) Água livre – É toda a água que está na pasta de cimento, ou no betão, sem

sujeição a quaisquer forças, ficando livre de se evaporar durante o

endurecimento da pasta ou do betão. (Encontra-se nos poros de dimensão

superior a cerca de 50 nm).

Figura 5.18 – Representação esquemática dos tipos de água no seio dos silicatos cálcicos hidratados CSH (Domone, 1994).

Na prática é, por vezes, difícil classificar numa categoria ou noutra a água, pois as

diferentes espécies não se excluem, pelo que, quando se trata de fenómenos da secagem

do betão, é mais prático distinguir apenas duas espécies de água; a evaporável e a não

evaporável. Como o nome indica trata-se de uma distinção feita a partir do conceito de

evaporação, o qual depende das condições de tensão de vapor e temperatura a que se

sujeita a pasta de cimento.



79

NOTA: Por exemplo, Powers e Brownyard, com o fim de praticamente poderem distinguir a água nos estados que acabámos de

enunciar, determinam a quantidade de água que na pasta de cimento hidratado se evapora a 23ºC, num vácuo de 0,45 µm de

mercúrio sob uma tensão de vapor obtida com uma mistura de perclorato de magnésio cristalizado com duas e com quatro moléculas

de água, Mg (ClO4)2 . 2H2O + Mg (ClO4)2 . 4H2O, a que corresponde uma humidade relativa de 2,4 × 10-5.

A água retida pela pasta de cimento nestas condições é a água não evaporável, que corresponde, aproximadamente, à água

quimicamente combinada, pois os componentes hidratados do cimento, a esta tensão de vapor, perdem alguma água de cristalização.

Em média é de 28 g por 100 g de cimento anidro, num cimento completamente hidratado. A água evaporável nas condições acima

descritas é água livre, capilar, zeolítica e adsorvida (Coutinho, 1988).

5.6.6 Resistência química A contribuição de cada componente para a resistência química do cimento

também não é uniforme: há componentes, como o C2S e os que contém ferro, que

conferem maior resistência química do que os outros, como o C3S e o C3A.

No Quadro 5.4 indica-se a ordem de grandeza da contribuição de cada

componente para as tensões de rotura, para o calor de hidratação, e para as resistências

químicas.

Daqui se deduz que o componente que mais contribui para a tensão de rotura é o

C3S. É também ele que mais concorre para o calor de hidratação (se atendermos a que a

sua proporção é sempre superior a duas, três ou quatro vezes a do C3A) e possui a menor

resistência química pois necessita estar em contacto com soluções saturadas de

hidróxido de cálcio que são condições propícias para a formação do sulfoaluminato

tricálcico expansivo, e para a reacção expansiva da sílica reactiva dos agregados com os

álcalis do cimento.

Quadro 5.4 – Propriedades principais dos componentes do cimento (Coutinho, 1988; Neville, 1995) Calor desenvolvido após hidratação total

Tensão de rotura após hidratação

Componentes

J/g Cal/g 7 dias 28 dias 1 ano

Resistência química

C3S

C2S

C3A

C4AF

502

260

867

419

120

62

207

100

42,5

2,0

2,0

2,0

50,0

6,7

3,4

3,6

72,5

70,0

6,7

3,8

Pequena, por necessitar do contacto com soluções

sobressaturadas de Ca(OH)2

Média, por necessitar do contacto com soluções de

pH inferior a 12

Fraca, por dar origem à formação do

sulfoaluminato tricálcico

Boa



80

Também vem a propósito referir que a presença do C3A no cimento é

indesejável: contribui pouco ou nada para a tensão de rotura, excepto nas idades jovens;

tem um desenvolvimento grande de calor ao reagir com a água, e, quando o cimento é

atacado pelo ião sulfato, a expansão devida à formação do sulfoaluminato de cálcio a

partir do aluminato pode levar à desintegração completa do betão, quando a reacção se

dá num meio saturado de hidróxido de cálcio, como se disse.

Mas a presença do aluminato (e também do ferrato) é necessária para se obter

uma fase líquida durante a cozedura do clinquer, o que permite a combinação da cal

com a sílica. Se se não formasse essa fase líquida no forno a reacção levaria muito mais

tempo, e provavelmente nunca seria completa. Sob este aspecto a alumina é muito mais

eficaz do que o óxido de ferro; se ao fundente falta alumina, o líquido formado é muito

mais viscoso, e a cozedura mais difícil. Observa-se assim que a alumina, indesejável no

cimento, é no entanto necessária para a sua fabricação económica (Coutinho, 1988).

É costume apontar o C3A como o componente indesejável no cimento portland.

Daí a existência de cimento portland com baixas percentagens de aluminato tricálcico,

como os cimentos do tipo V nos EUA (norma C 150 as ASTM) e de exigências de

percentagem deste componente em diversos países, quando se pretendem elevadas

resistências químicas do cimento portland.

Segundo A. Sousa Coutinho (Coutinho, 1988) o componente mais nefasto do

cimento portland sob o ponto de vista químico é o C3S.

De facto, o que distingue o cimento portland de todos os outros ligantes

hidráulicos usados anteriormente à invenção do cimento portland é a presença de C3S,

obtido por cozedura a temperaturas superiores a 1300ºC. É da sua existência que

resultam as elevadas tensões de rotura que tornaram possível o emprego do betão como

o material de construção do Século XX. É também devido a ele que é possível o betão

armado e pré-esforçado pois, a elevada alcalinidade (pH = 12) permite a estabilidade do

aço, sem corrosão e é precisamente devida ao facto de a hidratação do C3S produzir

compostos que são estáveis em soluções sobressaturadas de hidróxido de cálcio, meio

em que o aço é imune à corrosão.

Mas este facto, existência de soluções sobressaturadas de hidróxido de cálcio no

interior do cimento portland hidratado, pode ser a causa da sua destruição, porque é



81

devido à presença de tais soluções sobressaturadas de hidróxido de cálcio que se

forma o sulfoaluminato de cálcio expansivo (tanto a partir da alumina do cimento como

da alumina reactiva do agregado) e os silicatos alcalinos expansivos, a partir dos álcalis

do cimento e da sílica reactiva do agregado.

Vê-se assim, que o C3S causa da enorme aplicação do betão armado e pré-

esforçado, é também a causa da sua deterioração. E este defeito pode ser eficazmente

corrigido pela utilização de pozolana, escória granulada de alto-forno, etc., que

diminuem o risco da expansão do betão pela acção da alumina do agregado ou do

cimento, e da sílica do agregado (Coutinho, 1988).

5.7 PROPRIEDADES FÍSICAS, MECÂNICAS E QUÍMICAS DOS

CIMENTOS

Para serem aplicados com segurança, os cimentos têm de possuir determinadas

características, algumas impostas por normas, entre as quais a massa volúmica, finura,

resistência mecânica, características da presa, expansibilidade, perda ao fogo, resíduo

insolúvel, teores de sulfatos e cloretos e pozolanicidade, que serão analisadas em

seguida.

5.7.1 Massa volúmica dos cimentos

Para calcular a composição de um betão, para determinar a superfície específica de

um cimento e por vezes, para verificar se o cimento está já parcialmente hidratado é

necessário determinar a sua massa volúmica.

A massa volúmica é determinada pela maneira usual para qualquer sólido,

conhecendo a massa e medindo o seu volume a partir do deslocamento de um líquido

num volumenómetro apropriado, designado incorrectamente por “densímetro”, de Le

Châtelier – Figura 5.19. O líquido que se emprega é a gasolina ou o petróleo.



82

Figura 5.19 – Volumenómetro de Le Châtelier.

O frasco, em banho-maria termo-regulado a

20ºC, enche-se com 250 ml de gasolina até

determinada marca, deitando-se em seguida

uma quantidade previamente pesada de

cimento (em geral 65,0 g), com cuidado, de

modo a evitar a aderência às paredes.

Depois de se deitar todo o cimento, o

volumenómetro é mantido em posição

inclinada, rodando-o, a fim de que o ar se

possa escapar. Logo que se termina esta

operação tapa-se o frasco e coloca-se de

novo no banho termo-regulador a 20ºC.

Quando se atingiu o equilíbrio térmico lê-

se a nova posição do nível do líquido no

gargalo do frasco, cuja diferença para a

inicial dá o volume dos 65 g de cimento lá

colocados. A massa volúmica é o quociente

de 65 g pelo volume do líquido deslocado.

O conhecimento desta grandeza também permite detectar a existência de material

inerte no cimento pois, um valor da massa volúmica inferior a 3,05 indica um cimento

adulterado, mal cozido, ou ainda parcialmente hidratado (Coutinho, 1988).

Apresentam-se no Quadro 5.5 os valores das massas volúmicas dos componentes

do cimento não hidratado e hidratado.



83

Quadro 5.5 – Massas volúmicas do cimento antes e depois da hidratação (Coutinho, 1988)

Massa volúmica dos componentes do cimento Massa volúmica dos componentes hidratados

Silicato tricálcico, C3S .......................3,12 a 3,15

Alite ..................................................3,14 a 3,25

Silicato bicálcico, C2S ......................3,28

Aluminato tricálcico ........................3,04

Aluminoferrato tetracálcico .............3,97

Material escuro intersticial ..............3,00

Óxido de cálcio ...............................3,32

Óxido de magnésio .........................3,58

Hidróxido de cálcio, Ca(OH)2 .................... .2,23

Hidróxido de magnésio, Mg(OH)2 .............. .2,40

3CaO . 2SiO2 . 3H2O .....................................2,24

3CaO . Al2O3 . 6H2O ................................. ...2,52

4CaO . Al2O3 . 13H2O ...................................2,02

3CaO . Al2O3 . 19H2O, ..................................1,80

3CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 32H2O .............. ....1,73

3CaO . Al2O3 . CaSO4 . 12H2O .....................1,99

Cimento completamente hidratado ...............2,13

TODOS SUPERIORES a 3 g/cm3 TODOS INFERIORES a 2,6 g/cm3

5.7.2 Finura

5.7.2.1 Introdução

Uma das últimas operações na produção de cimento e de resto, a que consome

mais energia, é a que corresponde à moagem do clinquer misturado com gesso.

Como as reacções de hidratação começam à superfície dos grãos de cimento, o

material disponível para reagir corresponde a área total da superfície dos grãos de

cimento. Assim, a velocidade de hidratação depende da finura do cimento pelo que,

quando se pretende uma resistência elevada aos primeiros dias é necessário que o

cimento tenha uma elevada finura este facto não afectando a resistência a longo prazo –

Figura 5.20. O aumento da velocidade no início da hidratação, conseguido à custa de

uma maior finura do cimento acarreta, evidentemente, uma taxa maior de

desenvolvimento de calor no início. Note-se também que o custo de moagem já em si

elevado torna-se consideravelmente mais elevado quando se pretende uma finura

acrescida além de que são necessários cuidados acrescidos na medida em que o cimento

muito fino deteriora-se mais facilmente quando exposto ao ar.



84

Figura 5.20 – Relação entre resistência de betões a diferentes idades e finura do cimento (Neville, 1995).

Uma finura elevada também conduz a uma reacção mais intensa com agregados

com sílica reactiva e leva a que a pasta de cimento (não necessariamente o betão)

apresente uma retracção mais elevada e fendilhe mais facilmente, mas apresente uma

exsudação mais baixa.

Note-se que um aumento da finura leva a que se aumente a quantidade de gesso a

juntar ao clinquer em virtude de haver mais C3A disponível no início da hidratação

(Neville, 1995).

Sendo a finura uma propriedade importante do cimento é necessário que seja

cuidadosamente controlada. Existem diversos métodos para determinação da finura de

cimento.

5.7.2.2 Métodos de determinação da finura de um cimento

1) Resíduo de peneiração – Um modo cómodo e rápido de determinar a finura foi

utilizar peneiros; todavia os limites de finura determinados por este meio são

incompletos pois a peneiração não é possível para dimensões inferiores a cerca

de 50µm, e mesmo para dimensões inferiores a 75µm é já aconselhável utilizar a

peneiração por via húmida.

Antigamente e entre nós, o cimento não devia possuir um resíduo, no peneiro

com malhas de 90µm de abertura, superior a 10,0%.



85

Hoje, a normalização actual não estabelece um limite para o resíduo de

peneiração mas esta propriedade serve para verificação e controlo, detectando a

presença de partículas grossas do cimento no processo de produção.

O método de ensaio para determinação do resíduo de peneiração vem descrito na

norma NP EN 196-6 (1990) Métodos de ensaio de cimentos. Determinação da

finura.

O método de peneiração para determinação do respectivo resíduo consiste em

peneirar a seco uma amostra de cerca de 10 g de cimento com um peneiro com malha de

abertura de 90µm e determinar o resíduo no peneiro após peneiração manual (ou

mecânica). O ensaio é repetido e o resultado corresponde à média nos dois ensaios.

Note-se que o resíduo de peneiração não fornece informações sobre a dimensão

dos grãos inferiores a 90µm e são as partículas mais finas que tem o papel mais

importante nas reacções iniciais de hidratação.

Assim as normas actuais preconizam a determinação da superfície específica.

2) Superfície específica – A superfície específica de um cimento é a área

superficial das partículas por unidade de massa do cimento (expresso por ex. em

m2/kg).

A determinação da superfície específica pode ser levada a cabo por vários

processos:

A – A partir da curva granulométrica

B – A partir da permeabilidade de um fluido que atravessa um camada de

partículas

C – A partir da quantidade de um gás inerte adsorvido à superfície das

partículas.

2A ) Superfície específica a partir da determinação da curva granulométrica:

No primeiro processo a determinação da curva granulométrica é feita por

sedimentação ou elutriação das partículas a partir da dependência da velocidade de

queda livre das partículas num fluído em função dos respectivos diâmetros, isto é, da

Lei de Stokes. O cimento deve estar bem disperso no fluído e evidentemente este deverá

ser inerte relativamente ao cimento (Neville, 1995).



86

Existem vários métodos (ver Coutinho 1988, págs. 200 a 211) baseados na Lei

de Stokes entre os quais o método de Wagner. Neste método, descrito na especificação

LNEC E65, determina-se a um dado nível, a concentração das partículas numa

suspensão de cimento em petróleo, a partir do conhecimento da absorção luminosa de

um feixe de luz que, a esse nível, passa através da suspensão – Figura 39 (Coutinho,

1988).

Figura 5.21 – Turbidímetro de Wagner: câmara com a fonte luminosa F, suspensão do cimento

S, e célula fotoeléctrica C; conjuntos de aparelhos com o amperímetro A, e bureta para medição dos

tempos B (Coutinho, 1988).

Na Figura 5.22 apresenta-se um exemplo de uma curva granulométrica de um

cimento obtido pelo método de Wagner e a curva correspondente aos valores

(acumulados) da superfície específica para 1 grama desse cimento.

Note-se que para partículas inferiores a 7.5µm no método de Wagner assume-se

que a granulometria é uniforme e que portanto o valor médio dessa fracção é 3,75µm, o



87

que leva a subestimar a verdadeira superfície destas partículas mais pequenas. Assim o

resultado deste método terá que ser corrigido por um factor de conversão de 1,6 a 2,2,

dependente da finura de cimento e do conteúdo em gesso, para ser comparável com

resultados do método de Blaine que será visto em seguida (Neville, 1995).

Figura 5.22 – Curva granulométrica de um cimento (1 grama) obtida pelo método de Wagner e curva da

superfície específica acumulada em função da dimensão dos grãos (Neville, 1995).

Outros métodos baseados na Lei

de Stokes são os métodos de elutriação

tais como o método do fluorómetro. O

processo de elutriação é inverso da

sedimentação, mas a Lei de Stokes

também se aplica quando a partícula é

sujeita a uma corrente ascendente de um

fluído desde que a velocidade seja

suficientemente pequena. O fluído que

se utiliza para a curva granulométrica é

o ar seco.

Figura 5.23 – Fluorómetro (Coutinho,1988)



88

2B) Superfície específica a partir da permeabilidade de um fluído que atravessa

uma camada de partículas:

Estes métodos são baseados no facto de a resistência ao escoamento de um gás

através de uma camada de pó compactado até um determinado volume, com uma

porosidade conhecida, depender da superfície específica das partículas que compõem o

pó.

A primeira aplicação deste princípio deve-se a Lea e Nurse que, em 1939,

realizaram a montagem experimental que tem o seu nome. Blaine, em 1943, simplificou

a montagem, tornando o método extraordinariamente prático, transformando-o o mais

popular de todos para a determinação da superfície especifica.

No método de Blaine obriga-se um volume de ar a atravessar uma dada camada

de pó, sob uma pressão variável, cuja variação é constante para todos os cimentos em

estudo. Determina-se o tempo que tal volume de ar leva a percorrer a camada, o que

permite o conhecimento do coeficiente de permeabilidade (Coutinho, 1988).

O método de Blaine, normalizado pela norma NP EN 196-6 (1990), consiste em

fazer passar um determinado volume de ar a uma pressão média pré-definida em que o

caudal de escoamento de ar através do cimento, vai diminuindo de uma forma

constante. A massa de cimento utilizada é calculada conhecendo-se a sua massa

volúmica e de tal maneira que corresponda, no contentor cilíndrico respectivo, uma

camada de 10 mm de espessura e com porosidade normalizada de 0,500.

O tempo que o ar demora a atravessar a referida camada no permeabilímetro de

Blaine – Figura 5.24, é medido e a superfície específica S, do cimento é dada por:

tKS =

K – constante que depende do permeabilímetro (Coutinho, 1988, Neville, 1995).

Na Figura 5.25 podem-se observar algumas etapas da determinação da superfície

específica de um cimento pelo método de Blaine.



89

Figura 5.24 – Pemeabilímetro de Blaine

Figura 5.25 – Determinação da permeabilidade

2C) Superfície específica a partir da quantidade de um gás inerte adsorvido à

superfície das partículas:

O método de Blaine não é aplicável a pós muito mais finos que o cimento Portland

tais como sílica de fumo ou cinzas volantes e então utilizam-se métodos de adsorsão de

gás, em geral de azoto (BET).



90

Pensa-se hoje que, para se obter uma elevada resistência aos primeiros dias com

cimentos de determinada superfície específica, que a granulometria deve ser tal que pelo

menos 50% dos grãos estejam contidos na fracção 3 a 30µm tendo portanto menos

partículas muito finas ou muito grossas. Para se obter uma resistência inicial ainda mais

elevada e uma resistência elevada a longo prazo parece que a gama de partículas na

fracção 3 a 30µm deverá ultrapassar 95%, sendo então necessário cuidados especiais na

moagem do clinquer. O facto de as partículas de 3 a 30µm serem benéficas parece

resultar da heterogeneidade em termos de composição das partículas:

Dimensão das partículas < 4 µm → partículas muito ricas em SO3 e álcalis

Dimensão das partículas > 30 µm → partículas muito ricas em C2S

4µm < dimensão das partículas < 30 µm → partículas ricas em C3S

É de referir ainda, que hoje a regulamentação não específica valores mínimos da

finura, nem em termos de resíduo de peneiração nem em termos de superfície específica

pois a finura é indirectamente controlada pela resistência inicial. De qualquer forma um

cimento Portland terá uma superfície específica de 350-380 m2/kg (Blaine) e de

endurecimento rápido será ainda maior (Neville, 1995).

No Quadro 5.6 apresentam-se valores da superfície específica de dois cimento

diferentes avaliada por três métodos:

Quadro 5.6 – Superfície específica obtida por métodos diferentes (adaptado de Neville, 1995)

Cimento Superfície específica (m2/kg) avaliada por: Método de Wagner M. de Lea and Nurse

(≅ Blaine) Adsorsão de azoto

(BET) A B

180 230

260 415

790 1000

Portland de endurecimento

normal

350-380

Portland de endurecimento

rápido

> 450



91

5.7.3 Resistências mecânicas

A resistência mecânica do cimento é a propriedade mais importante em termos de

utilização estrutural pelo que todas as normas fixam valores mínimos desta

característica (Neville, 1995). Como a resistência depende, em elevado grau, das

condições da amassadura, da preparação dos provetes, da natureza do ensaio escolhido,

etc., é necessário prescrever a maneira exacta de ensaiar o cimento, de modo a obter

resultados comparáveis (Coutinho, 1988).

A nível europeu e portanto em Portugal, a resistência mecânica de um cimento é

avaliada segundo a norma (NP) EN 196-1 (1990) Métodos de ensaio de cimentos.

Determinação da resistência mecânica.

Os ensaios preconizados são de flexão e compressão, embora seja a resistência à

compressão a que é considerada de maior importância. Os ensaios são realizados em

provetes de argamassa normalizada ao traço, em peso, de 1 parte de cimento, para 3

partes, de areia e com uma relação água/cimento de 0,5.

A resistência à compressão é obtida em provetes equivalentes a cubos de 40 mm

de aresta que provêm de prismas 40 × 40 × 160 mm (três para cada idade para a qual se

pretende determinar a resistência mecânica) que são inicialmente ensaiados à flexão de

modo a obter-se meios prismas. Portanto é possível como opção, determinar a

resistência à flexão com carga a meio vão e vão de 100 mm. (Coutinho, 1988; Neville,

1995; NP EN 196-1, 1990).

A argamassa normalizada, como referido ao traço 1:3:0,5, é fabricada à

temperatura de 20 ± 2oC e com pelo menos 65% de humidade relativa. A areia utilizada

é uma areia normalizada CEN (Comité Europeu de Normalização) e consiste numa areia

natural, siliciosa de grão arredondado com uma determinada curva granulométrica

correspondente aos valores apresentados no Quadro 5.7.

Quadro 5.7 – Granulometria da areia Normal.

Abertura do peneiro (mm) Retidos acumulados (%) 2.00 1.60 1.00 0.50 0.16 0.08

0 7 ± 5 33 ± 5 67 ± 5 87 ± 5 99 ± 1



92

A água deve ser destilada, embora para ensaios correntes seja admitida a utilização

de água da distribuição pública.

O cimento a ensaiar é passado por um funil com peneiro de malha 60 µm para

evitar aglomerados de partículas.

A amassadura é realizada mecanicamente, num misturador – Figura 5.26, com

dimensões e características especificadas na norma e segundo um procedimento

determinado, esquematizado na Figura 5.27.

Figura 5.26 – Esquema do misturador para fabrico da argamassa normal para posterior

determinação da resistência de um cimento.

Figura 5.27 – Procedimento de fabrico da argamassa normal para posterior determinação da

resistência mecânica.

Após a amassadura a argamassa é colocada em moldes de prismas com 4 × 4 × 16

cm3 onde é compactada em duas camadas num compactador – Figura 5.28 no qual, por

cada camada, o molde de três prismas cai de uma altura de 10 mm com a frequência de

uma queda por segundo durante 1 minuto.



93

Figura 5.28 – Molde e aparelho compactador para provetes de 4 × 4 × 16 cm3 de argamassa

normal.

Depois de alisada a superfície, o molde é tapado com uma placa que pode ser de

vidro e é identificado. O molde é então conservado a uma temperatura de 20o ± 1oC e

humidade relativa superior a 90%. A desmoldagem é efectuada, no máximo, 20 minutos

antes do ensaio se este for às 24 horas. Para idades superiores, a desmoldagem pode ser

feita 20 a 24 h após a moldagem. Neste caso são conservados em água a 20 ± 1oC de tal

modo que a espessura de água sobre os provetes não seja menor do que 5 mm.

Os provetes serão retirados da água no máximo 15 minutos antes de serem

ensaiados e cobertos com um pano húmido até ao momento do ensaio.

A idade exacta dos provetes a partir do momento da amassadura do cimento com a

água até ao início do ensaio de flexão e compressão deve estar entre os limites referidos

no Quadro 5.8.

Quadro 5.8 – Limites de idade dos provetes para ensaios de resistência.

Idade Idade exacta 48 h 72 h 7 d

≥ 28 dias

48 h ± 30 m 72 h ± 45 m

7 d ± 2 h 28 d ± 8 h

O ensaio propriamente dito consiste em, com equipamento normalizado, a meio

vão, aplicar uma carga vertical que cresce gradualmente ao ritmo de 50 ± 10 N/S, sem

choques, até à rotura, registando-se a força máxima de rotura por flexão – Figura 5.29.



94

Figura 5.29 – Determinação da resistência à flexão de um cimento em provetes de argamassa.

Fazendo a determinação da carga máxima de rotura por flexão para cada provete e

calculando a média dos três valores, a resistência à flexão do cimento é dada por Rf

(MPa), pois:

422ll ff

máximo

FFM =×=

32

5,16/4/

bF

bhF

R fff

ll==

Em que: Ff – carga aplicada ao centro do prisma, na rotura (N)

l – distância entre os apoios (mm)

b – lado da secção quadrada do prisma (mm)

Os meios prismas obtidos são então ensaiados à compressão em equipamento

apropriado, normalizado. Depois de centrado em relação aos pratos da máquina – Figura

5.30, a cada provete é aplicada uma carga de uma forma gradualmente crescente, de

modo contínuo, sem choques ao ritmo de 2400 ± 200 N/S até à rotura do provete,

registando-se a força máxima de rotura por compressão. Calculando a média dos

resultados da força máxima de rotura por compressão dos seis meios prismas é possível

então determinar a resistência à compressão Rc (MPa) do cimento:

4040×= c

cFR

Em que: Fc – carga máxima de rotura por compressão (N).

Ff

l =100mm b

h



95

Figura 5.30 – Determinação da resistência à compressão do cimento.

Como referido anteriormente a resistência à compressão do cimento é a

propriedade mais importante tendo que obedecer a valores mínimos especificados. Entre

nós as normas NP EN 197-1 e NP 4326 classificam os cimentos em termos de

resistência, em cimentos de endurecimento normal e rápido. Os de endurecimento

rápido, como é evidente, dizem respeito a cimentos cuja resistência é elevada aos

primeiros dias e estes cimentos terão que respeitar valores especificados aos 2 dias de

idade. Apresentam-se no Quadro 5.9 os valores mínimos característicos (95% de

probabilidade de serem ultrapassados) segundo aquelas normas. Repare-se que a norma

recente NP EN 197-1, relativamente à ex NP 2064, no que respeita à resistência dos

cimentos, apenas introduz a letra N na sigla referente à classe de resistência para indicar

um cimento de endurecimento normal.

Quadro 5.9 – Valores característicos resultantes do autocontrole efectuado pelo fabricante (NP

EN 197-1)

Resistência à compressão MPa

Resistência aos primeiros dias Resistência de referência

Classe de resistência

2 dias 7 dias 28 dias 32,5 N - ≥ 16,0 32,5 R ≥ 10,0 -

≥ 32,5

≤ 52,5

42,5 N ≥ 10,0 - 42,5 R ≥ 20,0 -

≥ 42,5

≤ 62,5

52,5 N ≥ 20,0 - 52,5 R ≥ 30,0 -

≥ 52,5

-



96

Repare-se que a designação da classe diz respeito também à resistência chamada

“de referência”, que corresponde à resistência à compressão aos 28 dias determinada de

acordo com a NP EN 196-1.

5.7.4 Presa

Já foi referido (em 5.6.1) o fenómeno de presa a propósito da hidratação do

cimento pelo que se passará em seguida a descrever os métodos de ensaios relacionados

com a presa, isto é, à passagem do estado líquido ao sólido, ou melhor, à rigidificação

da pasta de cimento. É difícil determinar o instante em que se dá esta alteração no

estado da pasta, pois esta sofre diversas gradações até atingir o estado sólido. Tem-se

tentado definir o princípio da presa por diferentes métodos, como através da variação da

condutibilidade eléctrica, da viscosidade e do desenvolvimento de calor, etc. Mas as

dificuldades experimentais são bastante maiores do que o método imaginado há mais de

um século pelo inventor do cimento Portland, Louis Vicat. Neste ensaio, normalizado

pela norma NP EN 196-3 (1990) Métodos de ensaio de cimento. Determinação do

tempo de presa e expansibilidade, mede-se a resistência de uma pasta de cimento à

penetração de uma agulha com 1 mm2 de secção, sob a acção de um peso de 300 g –

Figura 5.31.

Distinguem-se em geral dois períodos para o tempo de presa: início e fim. O

primeiro é o tempo decorrido entre a amassadura e a perda da plasticidade, e o fim de

presa é o tempo necessário para que a pasta adquira a firmeza suficiente para resistir a

uma certa pressão.

O primeiro passo deste ensaio consiste em fabricar uma pasta de consistência

normalizada e designada por “pasta normal”. Por tentativas, vai-se juntando diferentes

quantidades de água até a pasta colocada no molde tronco-cónico oferecer uma

determinada resistência à penetração de uma sonda normalizada (com 10 mm de

diâmetro) aplicada no aparelho de Vicat. Considera-se que a pasta é de consistência

normal se a sonda penetra na pasta até uma distância de 6 ± 1 mm da base. Segue-se

então a determinação do início de presa em que se vão fazendo leituras em intervalos de

tempo sucessivos, com o aparelho de Vicat munido da agulha de Vicat até ao momento

em que a agulha já não atravessa a pasta até ao fundo, ficando a 4 ± 1 mm da base.



97

Figura 5.31 – Aparelho de Vicat para a determinação da consistência da pasta normal e do tempo

de presa (Coutinho, 1988).

O fim de presa é determinado com uma agulha semelhante provida de um anel

com 5 mm de diâmetro – Figura 5.32, de modo que a extremidade da agulha se projecta

0,5 mm para além da aresta deste acessório. Atinge-se o fim de presa quando a agulha,

poisada na superfície do bloco de ensaio, deixa a sua marca, sem que o acessório

circular imprima qualquer sinal, isto é, a agulha penetra menos de 0,5 mm.

Figura 5.32 – Extremidade inferior da agulha para a determinação do fim de presa (cotas em

milímetros). A agulha de 1 mm2 de secção é substituída por esta no aparelho de Vicat (Coutinho, 1988).



98

A regulamentação em vigor (NP EN 197-1) limita inferiormente o tempo de início de

presa de acordo com a classe de resistência do cimento, de acordo com os valores do

Quadro 5.10.

Quadro 5.10 – Tempo de início de persa de acordo com a classe de resistência dos cimentos

Tempo de início de presa (minutos) de acordo com: Classe de resistência NP EN 197-1 (ex NP 2064) NP 4326

(c. brancos) 32,5 N 32,5 R

≥ 75

42,5 N 42,5 R

≥ 60

≥ 60

≥45

52,5 N 52,5 R

≥45

≥45

5.7.5 Falsa Presa

Como referido anteriormente a presa Rápida ou Instantânea resulta da reacção de

hidratação exotérmica de C3A na ausência de gesso.

A Falsa Presa corresponde à rigidificação prematura da amassadura alguns

minutos após o fabrico, em que não se verifica libertação de calor apreciável, sendo

possível restabelecer a plasticidade com uma reamassadura, sem consequências em

termos de perdas de resistência. A Falsa Presa parece ser causada sobretudo pela

desidratação do gesso (CaSO4.2H2O) durante o processo de moagem, formando-se

sulfato de cálcio hemi-hidratado (CaSO4.1/2H2O) e/ou anidrite (CaSO4) que, em

contacto com água formam cristais aciculados de gesso enrijecendo a pasta (Neville,

1995).

5.7.6 Expansibilidade

É essencial que a pasta de cimento, após presa não sofra grandes variações de

volume, em particular expansões que, se impedidas podem causar a destruição do

material. Esse tipo de expansões podem ser causadas por hidratação retardada ou lenta

(ou outras reacções) de alguns compostos presentes tais como:

- óxido de cálcio livre

- óxido de magnésio

- sulfato de cálcio



99

5.7.6.1 Expansibilidade causada por óxido de cálcio livre

Se a matéria prima com que o forno é alimentado contém um pouco mais de óxido

de cálcio do que o necessário para se combinar com os silicatos e aluminatos ou se a

queima ou arrefecimento são insatisfatórios, o óxido de cálcio em excesso continuará

livre. A sua posterior hidratação será muito lenta e acompanhada por expansões, na

medida em que corresponde à extinção dessa cal livre.

Repare-se que o facto de se misturar cal ao cimento (usual no fabrico de

determinadas argamassas) não causa problemas de expansibilidade pois a cal hidrata

antes da presa do cimento. Na realidade a cal livre do clinquer e que provoca

expansibilidade, está cristalizada com outros compostos e portanto só parcialmente é

que entra em contacto com a água antes da presa do cimento.

Como a expansibilidade apenas se manifesta alguns meses ou mesmo anos depois

do fabrico, é importante verificar esta característica através de um ensaio acelerado,

criado por Le Chatelier e regulamentado pela norma NP EN 196-3 Métodos de ensaio

de cimento. Determinação da presa e expansibilidade.

Este ensaio consiste em começar por fabricar pasta de consistência normal, já

referida em 5.7.4 e utilizada para determinar os tempos de presa. A pasta é colocada em

dois aparelhos de Le Chatelier – Figura 5.33. O aparelho de Le Chatelier consiste num

pequeno cilindro com 30 mm de diâmetro interno e 30 mm de altura, feito de chapa de

latão com 0,5 mm de espessura. O cilindro é fendido de alto a baixo ao longo de uma

geratriz, estando-lhe soldadas duas agulhas, com 150 mm de comprimento, de um lado

e outro da fenda. Depois de cheio com pasta de cimento, o molde é coberto com duas

placas de vidro e comprimido por um pequeno peso de 150 g de encontro à pasta, sendo

o conjunto mantido dentro de água a 20±1ºC durante 24 horas. Ao fim deste intervalo

de tempo mede-se o afastamento entre as duas agulhas (e), e eleva-se a temperatura da

água até 100ºC em 1 hora, mantendo-se depois esta temperatura durante 3 horas. Deixa-

se arrefecer e torna-se a medir a distância entre as agulhas. A diferença entre as duas

medições representa a expansibilidade da pasta de cimento a qual não deve exceder, no

caso das normas portuguesas NP EN 197-1 e NP 4326 o valor de 10 mm (Coutinho,

1988; Neville, 1995; NP EN 196-3 (1996)).



100

Figura 5.33 – Aparelho de Le Chatelier. Medidas em milímetros (Neville, 1995).

No caso de a expansibilidade ultrapassar o valor de 10 mm é possível repetir o

ensaio depois de espalhar e arejar o cimento durante 7 dias em que poderá ocorrer a

hidratação ou mesmo a carbonatação do óxido de cálcio. No fim deste período o ensaio

de expansibilidade é repetido.

O ensaio com o aparelho de Le Chatelier apenas detecta a expansibilidade

provocada por óxido de cálcio livre (Neville, 1995).

5.7.6.2 Expansibilidade causada pelo óxido de magnésio

Como referido a propósito do arrefecimento do clinquer (5.4.4) há toda a

vantagem em evitar que a fase líquida cristalize pois, para além de outras desvantagens,

o óxido de magnésio poderá cristalizar em cristais grandes (periclase) o que provoca a

instabilidade e expansibilidade do volume da pasta de cimento endurecido.

De facto o óxido de magnésio é reactivo apenas sob a forma cristalina de periclase

(em quantidade superior a 2% do cimento, em massa, pois até 2% combina-se com os

componentes principais do cimento).

Por exemplo o óxido de magnésio presente na fase vítrea é inofensivo.

O óxido de magnésio (periclase) combina-se com a água de modo semelhante ao

óxido de cálcio livre.

Na Europa e em Portugal a regulamentação não prevê ensaios para verificar a

expansibilidade do óxido de magnésio pois não é costume a presença de grandes

quantidades de magnésio na matéria prima usada.



101

Nos Estados Unidos é utilizado um ensaio que detecta simultaneamente a presença

de óxido de cálcio livre e óxido de magnésio regulamentado pela norma ASTM C151 –

93a e que consiste no fabrico de barras de pasta de cimento colocadas em autoclave

(pressão e temperatura elevadas) durante três horas. A expansão resultante tem de ser

inferior a 0,8% (Neville, 1995).

5.7.6.3 Expansibilidade causada por sulfatos de cálcio

Foi referido anteriormente que para evitar a presa instantânea causada por

hidratação do C3A é necessário adicionar ao clinquer, uma certa quantidade de gesso –

sulfato de cálcio bi-hidratado.

Quanto mais rico é o cimento em C3A tanto maior a quantidade de gesso que se

lhe tem de juntar.

Não se pode todavia aumentar muito o teor de gesso que se adiciona ao clinquer,

pois uma quantidade exagerada de sulfato pode dar origem à formação de

sulfoaluminato de cálcio expansivo, em condições de fazer perigar a estrutura do

cimento hidratado. Por isso o teor máximo do sulfato, expresso em trióxido de enxofre,

SO3 é fixado em 3,5 e 4% dependendo do tipo de cimento, segundo a NP EN 197-1 e

em 4 e 4,5% nos cimentos brancos, segundo a NP 4326.

5.7.7 Resíduo insolúvel

O resíduo insolúvel é a parte do cimento que não é solúvel a quente e em

determinadas condições em ácido clorídrico e é determinado por procedimento descrito

na NP EN 196-2 Métodos de ensaio de cimentos. Análise química.

Dos componentes das matérias primas (em princípio calcário e argila) apenas o

calcário é dissolvido no ácido clorídrico, pois a sílica, a alumina e os óxidos de ferro da

argila não o são. Todavia depois da obtenção do cimento, estes compostos combinados

são solúveis no ácido. Se a combinação das matérias primas fosse perfeita todo o

clínquer seria solúvel no ácido e de facto, em cimentos bem cozidos a percentagem de

resíduo insolúvel não excede 1% (Coutinho,1988).

Assim, para garantir que a combinação dos componentes da matéria prima tenha

sido a melhor possível e para impedir que o gesso adicionado na produção seja de má

qualidade (Jackson, 1998), com impurezas que provoquem a adulteração do cimento



102

(Neville, 1995), as normas limitam o resíduo insolúvel. Nas normas em vigor em

Portugal o resíduo insolúvel é limitado a 5% para os cimentos CEMI e CEMIII,

segundo a norma NP EN 197-1. (Se o cimento contém cinzas volantes a quantidade

correspondente pode não ser solúvel em ácido clorídrico. De facto a parte siliciosa das

cinzas não é solúvel, assim como alguns dos materiais usados como constituintes

adicionais minoritários).

Para cimentos dos outros tipos a regulamentação não impõe valores limites.

5.7.8 Perda ao fogo

Esta característica é determinada pela perda de massa do cimento a 1000ºC e

demonstra o grau de carbonatação e hidratação do óxido de cálcio e de magnésio livres

devido a exposição atmosférica (Neville, 1995). De facto os requisitos em termos de

perda ao fogo estão associados à deterioração durante o armazenamento do cimento ou

utilização de clínquer demasiado alterado por armazenamento prolongado no exterior.

Um cimento com perda ao fogo elevada, normalmente apresenta baixa resistência

(Jackson, 1998)

Um cimento bem cozido e bem conservado deve apresentar uma perda ao fogo de

3 a 4% mas como os cimentos hoje contém muitas vezes a adição de calcário (filer) a

perda ao fogo é limitada, nas normas, por um valor mais elevado, de 5 %, para cimentos

do tipo CEMI e CEMIII segundo a NP EN 197-1 e sem limite para cimentos em que as

percentagens de calcário (filer) podem ser elevadas.

5.7.9 Cloretos

A acção dos cloretos em betão armado ou pré-esforçado é sobejamente

conhecida.

Os cloretos alteram o tempo de presa do cimento e a velocidade do endurecimento,

mas não são perigosos para o betão simples pois não formam compostos indesejáveis

com os componentes do cimento, mesmo em doses muito elevadas. Mas no caso do

betão armado ou pré-esforçado, isto é, com armaduras, então já é importante a

presença do ião cloro que promove a sua oxidação sob a forma de ferrugem - Figura

5.34. A oxidação das armaduras provoca não só a diminuição da secção como também



103

expansões, pois a ferrugem forma-se com um notável aumento de volume, como se

pode verificar na Figura 5.35 (Sousa Coutinho, 1999).

Figura 5.34 – Corrosão da armadura por "picadas" causada por cloretos.

Figura 5.35 – Volume relativo dos produtos de corrosão.



104

Este aumento de volume acaba por romper o revestimento do betão – Figura 5.36, o

que acelera mais ainda o processo de corrosão (Sousa Coutinho, 1999).

Figura 5.36 – Efeitos da corrosão da armadura: (a)-fendilhação, (b)-descamação, (c)-

delaminação e (d)-efeito nos cantos

Assim é necessário garantir que no caso de betão armado ou pré-esforçado, não

se produza, à partida, betão com cloretos pelo que se procede a ensaios para verificar a

quantidade de cloretos existentes.

No que se refere ao cimento a quantidade de cloretos é determinada pela NP EN

196-21 Métodos de ensaios de cimentos – Determinação do teor em cloretos,

dióxido de carbono e álcalis nos cimentos. (Esta norma será futuramente integrada na

NP EN 196-2).

Em termos de limites do teor em cloretos no cimento, segundo a NP EN 197-1

deverá ser, em geral, inferior a 0,1% da massa do cimento.

Segundo a especificação do LNEC E 373, "INERTES PARA ARGAMASSAS E

BETÕES. Características e verificação de conformidade", o teor de cloretos dos

agregados deve ser somado ao teor de cloretos dos outros constituintes do betão de

forma que o teor por massa de cimento seja inferior a 1%, 0,4% e 0,2% no caso de betão

simples, armado e pré-esforçado, respectivamente. No entanto refere-se que em relação

ao betão armado e betão pré-esforçado, consideram-se os mesmos valores de 0,4% e

0,2%, em relação à massa de cimento, respectivamente, para valores do "limite crítico

do teor de cloretos no betão", limite a partir do qual haverá risco de corrosão das

armaduras …(Sousa Coutinho, 1999).



105

6. AGREGADOS PARA ARGAMASSAS E BETÕES

6.1. INTRODUÇÃO

O betão é um material constituído pela mistura, devidamente proporcionada, de

pedras e areia, com um ligante hidráulico, água, e, eventualmente, adjuvantes. O ligante

reage com a água endurecendo e a mistura adquire coesão e resistência que lhe permite

servir como material de construção.

O betão é um material de construção de custo comparativamente reduzido cuja

produção e uso tem vindo a crescer em todos os tipos de obras, a nível mundial. Mesmo

em estruturas onde outros materiais de construção são usados como materiais

estruturais, tais como o aço ou a madeira, o betão também pode ser imprescindível, por

exemplo, nas fundações.

As propriedades do betão endurecido são muito importantes e dependem de

variadíssimos factores. No entanto, ao contrário da maioria dos materiais estruturais,

que são fornecidos pela fábrica já prontos a serem utilizados nas construções, a

produção, transporte, colocação e compactação do betão são da responsabilidade dos

técnicos de engenharia civil. Também é de referir que as propriedades do betão

endurecido não são estáticas e vão evoluindo ao longo do tempo. Por exemplo, cerca de

50 a 60% da resistência final desenvolve-se nos primeiros 7 dias, 80 a 85% em 28 dias e

mesmo ao fim de 30 anos de idade do betão, têm-se verificado aumentos mensuráveis

de resistência – Figura 6.1.

05101520253035404550

Idade (Anos)

Res

istê

ncia

à c

ompr

essã

o M

Pa

1A 2A 3A 4A 5A 10A

Figura 6.1 – Variação da resistência à compressão de cubos de 20 cm de aresta (usados até a NP ENV 206 entrar em vigor), de betão com razão água/cimento igual a 0.50 e agregado rolado com dimensão máxima

de 50 mm, conservados em ambiente húmido a 20ºC ±2ºC (adaptado de Coutinho, 1974).



106

Os constituintes do betão são:

- ligante (cimento ou cimento e adições)

- água

- agregados e, eventualmente,

- adjuvantes

Os agregados ocupam em geral 70-80% do volume do betão isto é, cerca de ¾

do volume total!

Por exemplo, 1 metro cúbico de betão poderá ter a seguinte composição:

- 300 kg de cimento (corresponde a cerca de 100 litros do volume do betão),

- 150 litros de água

e, portanto, ter-se-á cerca de

- 750 litros de agregado.

A presa e o endurecimento do betão ocorrem devido a uma série de reacções

químicas entre o ligante e a água a que se dá o nome de hidratação.

Figura 6.2 - Central de betão: a importância dos agregados que ocupam 70 a 80% do volume do betão.

O uso de, apenas, da pasta de cimento (cimento e água) endurecida como

material de construção, seria possível devido à sua resistência mas, com duas grandes

desvantagens:

- instabilidade dimensional (fluência elevada e retracção elevada);



107

- custo elevado (o cimento é um material caro – cerca de 0,1€/kg (2002), pois a

sua produção envolve consumos elevados de energia).

Estas desvantagens podem ser ultrapassadas, ou, pelo menos minimizadas

acrescentando agregados à pasta de cimento isto é, usando BETÃO.

O objectivo deve ser o uso da maior quantidade possível de agregados tal que as

suas partículas sejam aglomeradas pela pasta de cimento, ou seja, deve ser utilizado

agregado com partículas da maior dimensão possível compatível com as condições da

obra, com granulometria desde a areia fina ao agregado grosso de modo a minimizar o

conteúdo de vazios na mistura de agregados como também a quantidade de pasta de

cimento necessária. Assim, a mistura de agregados deve ter a maior compacidade

possível o que, em geral, conduz a um volume de 70 a 80% do volume total do betão.

O agregado é constituído por partículas, sobretudo de rochas, ou por partículas

provenientes de depósitos arenosos ou ainda, por partículas artificiais especificamente

fabricadas para o emprego em betão ou ainda por partículas obtidas por reciclagem de

determinados materiais, de dimensões que variam geralmente entre cerca de 0,1 mm e

20 cm e estão dispersas pela pasta de cimento, sendo necessário tomar em conta que as

características do agregado afectam profundamente o comportamento do betão.

Até há pouco tempo utilizava-se entre nós o termo "inerte", mas as partículas de

rochas que o constituem não são realmente inactivos, na medida em que as suas

propriedades físicas, térmicas e por vezes químicas afectam o desempenho do betão

com elas fabricadas (Neville, 1995), isto é, as partículas de agregado podem, em certas

condições, reagir com a matriz cimentícia do betão (Bertolini et Pedefferi, 1995). Aliás

na NP ENV 206 (1990), "Betão, comportamento, produção, colocação e critérios de

conformidade" - NP ENV 206 (1993), ainda é utilizado o termo inerte em vez de

AGREGADO que é definido como sendo:

Material constituído por substâncias naturais ou artificiais, britadas ou não,

com partículas de tamanho e forma adequados para o fabrico de betão.

As propriedades mais importantes exigidas a um agregado para produzir betão

são de natureza geométrica, física e química tais que apresentem:

1 – adequada forma e dimensões proporcionadas (granulometria), segundo

determinadas regras;

2 – adequada resistência às forças;

3 – adequadas propriedades térmicas;



108

4 – adequadas propriedades químicas relativamente ao ligante e às acções

exteriores;

5 – isenção de substâncias prejudiciais.

A melhor informação que se pode obter sobre a qualidade de um agregado é a

observação do comportamento do betão produzido com esse agregado e, em última

análise ou casos de dúvida, os agregados devem ser julgados a partir das propriedades

do betão que com eles se confecciona e não exclusivamente a partir de resultados de

diversos ensaios que dão indicações sobre a qualidade do agregado permitindo apenas

prever o seu comportamento no betão.

De facto, se um dado agregado submetido aos diversos ensaios apresenta todas

as propriedades adequadas então é sempre possível produzir um betão de qualidade com

esse agregado. É de referir que se tem verificado que um agregado aparentemente

inadequado relativamente a uma ou outra propriedade poderá conduzir a um betão de

boa qualidade. Por exemplo o agregado proveniente de uma rocha que resiste mal a

ciclos de gelo/degelo (rocha geladiça) poderá ter um comportamento satisfatório no

betão sobretudo se as partículas desse agregado estiverem bem envolvidas por pasta de

cimento hidratada de baixa permeabilidade.

No entanto é pouco provável que um agregado considerado inadequado

relativamente a mais do que uma propriedade venha a constituir um betão de qualidade

satisfatória pelo que se justifica proceder a ensaios apenas ao agregado no sentido de

prever a possibilidade do seu emprego em betão (Neville, 1995).

6.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS AGREGADOS

Os agregados podem ser de origem natural, como os agregados naturais (por

exemplo as areias, os godos) ou os agregados obtidos por britagem de materiais naturais

(por exemplo as britas, areias britadas). Existem também agregados artificiais que são

obtidos industrialmente com vista à produção do betão com determinadas propriedades,

por exemplo a argila ou xisto expandidos (betão leve). Outros constituintes empregues

no fabrico de betão são subprodutos industriais, tais como as cinzas volantes, obtidas

por combustão do carvão nas centrais térmicas, as escórias de alto forno, subproduto do



109

fabrico do aço, subprodutos da indústria corticeira e ainda outros produtos como

poliestireno expandido.

Mais recentemente tem-se utilizado agregados obtidos por reciclagem de

materiais, como materiais obtidos por trituração de betão endurecido, por exemplo

escombros ( Sampaio, 19981; Sampaio, 19982).

6.2.1 Classificação petrográfica e mineralógica

Relativamente aos agregados de origem natural podem ser classificados sob o

ponto de vista petrográfico de acordo com a rocha que lhes deu origem e assim ter-se-á

agregados ígneos, sedimentares e metamórficos.

Rochas ígneas ou magmáticas são aquelas que se formaram por arrefecimento de

massas em fusão ígnea provenientes das regiões profundas da terra. O seu componente

principal é em geral a sílica e são constituídas por matéria cristalina e/ou amorfa de

acordo com a velocidade de arrefecimento. Quimicamente são as rochas mais reactivas.

Exemplo: granito, basalto.

Rochas sedimentares são rochas resultantes de acumulação de detritos

provenientes de rochas pré-existentes que sofreram, em geral, um processo de

desagregação, transporte, sedimentação e diagénese.

As rochas sedimentares aparecem estratificadas em camadas resultantes da

sedimentação dos detritos transportados, em geral, por água (oceanos, rios, torrentes,

etc.) e por vezes por ventos ou glaciares. Exemplo: areia, silte, xisto argiloso.

Rochas metamórficas são rochas resultantes de rochas pré-existentes que sofreram

modificações na sua textura, estrutura e composição devido à variação das condições

físicas (temperatura e pressão) e químicas. Exemplo: mármore, xisto metamórfico,

gneisse.

Como em todos estes grupos existem agregados inadequados para o uso no betão,

a classificação petrográfica não permite distinguir as suas qualidades. Todavia poder-se-

á, quase sempre, prever que muitas rochas metamórficas xistosas não dão agregados

apropriados pois devido à xistosidade, mostram resistências muito díspares conforme a

direcção, produzindo agregados lamelares e com acentuadas propriedades direccionais e

também poderão ser eventualmente reactivos com os álcalis.



110

No Quadro 6.1 apresentam-se algumas características físicas e mecânicas das

rochas mais utilizadas como agregados em betão.

Quadro 6.1 - Algumas características físicas e mecânicas de algumas rochas (adaptado de Bertolini e Pedefferi, 1995)

Densidade aparente

Porosidade aparente

Resist. à compressão

Módulo de elasticidade

Resist. à abrasão

Rocha

g(cm3)-1 % vol. MPa GPa * Rochas ígneas: Granito e sienito Diorito e gabro Pórfiro ácido Basalto Pedra-pomes Tufo vulcânico

2.6-2.8 2.8-3.0 2.6-2.8 2.9-3.0 0.5-1.1 1.1-1.8

0.4-1.4 0.5-1.5 0.4-1.5 0.3-0.7 25-60 25-50

160-240 170-300 180-300 200-400

5-20 -

50-60

80-100 50-70

90-120 10-30

-

1

1-1.5 1-1.5

1-2 - -

Rochas sedimentares: Calcário mole Calcário compacto Dolomite Travertino

1.7-2.6 2.7-2.9 2.3-2.8 2.4-2.5

0.5-2.5

0.5-2 0.5-2

4-10

20-90

80-190 20-60

30-60 40-70 20-50

4-9 4-8

7-12

Rochas metamórficas Gneisse Xisto metamórfico Mármore Quartzito

2.6-3.0 2.7-2.8 2.7-2.8 2.6-2.7

0.3-2

1.4-1.8 0.5-2

0.2-0.6

160-280 90-100 100-180 150-300

30-40 20-60 40-70 50-70

1-2 4-8 4-8 1-5

* - Volume de material gasto por abrasão em relação ao volume gasto no granito.

Já a classificação dos minerais constituintes das rochas poderá dar indicações

sobre as propriedades do agregado, mas não permite prever o seu comportamento no

betão pois a presença de dado mineral no agregado pode não ser sempre desejável e

apenas existem alguns minerais que decididamente são sempre indesejáveis tais como:

- sulfuretos, gesso, anidrite

- óxidos de ferro

- minerais argilosos.

De um modo geral são indesejáveis:

- sílica, em forma de opala, calcedónia, tridimite ou cristalobite

- certos calcários dolomíticos

- feldspatos potássicos, sódicos ou calco-sódicos alterados (caulinos) ou em vias de

alteração (caulinizados).

Mas estes 3 grupos de minerais poderão ser adequados se o cimento não contiver

álcalis e se não houver contacto com sulfatos.

Os minerais que não causam problemas são a calcite e os minerais siliciosos

(excluindo os feldspatos alterados ou em vias de alteração).

Estes minerais benéficos originam aderências à pasta de cimento através de

ligações químicas de carácter primário devido à reactividade entre as suas superfícies e



111

os componentes hidratados do cimento. Outros minerais conduzem a ligações de

carácter secundário como calcários, dolomites, ortose, quartzo (por ordem decrescente)

e até à ausência de ligações como no caso da anidrite e da mica (Coutinho, 1988).

6.2.2 – Classificação segundo a densidade

6.2.2.1 – Classificação de acordo com a massa volúmica

Conforme a massa volúmica ( γ ) do agregado a classificação é feita da seguinte

forma:

Agregados leves

Agregados com γ normal

Agregados pesados

< 2000 kg/m3

2000 a 3000 kg/m3

> 3000 kg/m3

Nota: Massa volúmica, γ: massa por unidade de volume real do agregado.

Agregados de massa volúmica normal

Os agregados mais utilizados são de massa volúmica normal como as areias, os

obtidos de rochas ígneas tais como os granitos ou basaltos ou de rochas sedimentares

mais resistentes tais como arenitos e calcários. Os betões, obtidos com estes agregados

para razões de água/ligante usuais, terão massas volúmicas semelhantes dependendo da

composição de cada um (2250 – 2450 kg/m3) e correspondem a betões comuns.

Agregados leves

Os agregados leves são usados para fabrico do betão leve com o fim de diminuir

o peso próprio em determinadas estruturas e com a vantagem de permitir um melhor

isolamento térmico relativamente a um betão comum.

A redução da massa volúmica é devida à existência de vacúolos no próprio

agregado. Estes vacúolos aparecem naturalmente, por exemplo, na pedra-pomes que

corresponde a uma rocha vulcânica (utilizada como agregado leve desde o tempo dos

Romanos).

Hoje fabricam-se agregados leves por diversos processos tais como, por

exemplo:

- argilas ou xistos expandidos, obtidos por aquecimento de determinados rochas

destes tipos.



112

- escória de alto forno expandida, obtida por injecção de água, vapor de água e ar

comprimido na escória fundida de alto forno (a escória é um subproduto do

fabrico do aço de alto forno).

- granulado de cortiça.

A maior desvantagem da utilização de agregados leves é conduzirem a betões de

menor resistência. A qualidade e propriedades de cada agregado leve são muito

variáveis pelo que tem como efeito relações diferentes de resistência com a massa

volúmica como se observa na Figura 6.3.

Argila expandida

Pedra pomes

Cinzas volantessinterizadas

Xistoexpandido

Escóriasexpandidas

Figura 6.3 –Variação da resistência à compressão de betões em função da massa volúmica de agregados

leves (adaptado de Construction Materials,1994).

Agregados pesados

Quando é necessário utilizar betão de massa volúmica elevada, por exemplo para

protecção de radiações, utilizam-se agregados pesados, por exemplo obtido da barite

(sulfato de bário), magnetite ou escórias, com os quais é possível produzir betões de

massa volúmica na gama dos 3500-4500 kg/m3.

6.2.2.2 – Classificação segundo a baridade

A baridade ( δ ) de um agregado é definida como a massa por unidade de volume

do agregado contida num recipiente, isto é, o volume inclui os espaços entre as

partículas do agregado e entre as partículas e o recipiente (é um volume "aparente"

maior que o volume real que as partículas ocupam).

É evidente que o intervalo granulométrico que compõe o agregado, a forma das

partículas e o seu arranjo no recipiente (compacidade) contribuem para o valor da



113

baridade e a classificação segundo a baridade é equivalente à classificação segundo a

massa volúmica, como se verifica no Quadro 6.2.

Quadro 6.2 – Classificação do agregado quanto à baridade e principais aplicações do betão com ele fabricado (adaptado e actualizado de Coutinho, 1988)

Classificação

do agregado

Baridade, δ

Kg/m3

Exemplos de agregados Aplicação e designação do

betão

Ultraleve <300 Polistireno expandido

Polistireno expandido peletizado(d=4-5 mm)

Vermiculite

Perlite expandida

Vidro expandido

Com funções estritamente de

isolamento térmico e sem

funções de resistência

Leve 300 a 1200

Argila expandida (d=5-20 mm)

Xisto expandido

Escória de alto forno expandida

Cinzas volantes sinterizadas

Pedra-pomes

Granulado de cortiça (d=5-20 mm)

Granulado de cortiça com banho de calda de

cimento(d=5-20 mm)

Com funções de isolamento

térmico, com funções de

resistência (betão estrutural) e

diminuição do peso próprio

Denso (normal) 1200 a 1600 1200 a

1400 1300 a 1500

Areia

Godo

Rocha britada

Normal, com função de

resistência (betão estrutural)

Extradenso > 1700 Limonite

Magnetite

Barite

Com funções de protecção

contra as radiações atómicas e

com funções resistentes

6.2.3 Classificação segundo a dimensão das partículas Na classificação segundo o ponto de vista das dimensões, o agregado que fica

retido no peneiro com malha de 5 mm de abertura é designado por agregado grosso,

que pode ser godo quando é de origem sedimentar, rolado (calhau ou seixo) ou por

brita quando é partido artificialmente (britado). O agregado com dimensões inferiores a

5 mm é designado por areia, rolada quando natural de origem sedimentar e britada

quando obtida por fractura artificial. # 5 mm

areia britada por britagem BRITA

Areia AGREGADO GROSSO

Areia rolada natural GODO

#<5 mm # 5 mm #> 5 mm Abertura da malha (#)

A combinação mais usada no fabrico do betão é a brita e areia rolada.



114

6.3. PROPRIEDADES DOS AGREGADOS

Para além da massa volúmica dos agregados que influencia, como referido, a do

betão, as propriedades dos agregados com maior repercussão no comportamento do

betão fresco ou endurecido são:

- granulometria

- formas das partículas

- porosidade

- absorção

- elasticidade

- resistência mecânica e

- características da superfície das partículas que afectam a aderência à pasta de

cimento endurecida.

É importante que o betão fresco seja trabalhável, isto é, que possa ser rápida mas

eficientemente amassado para que se obtenha uma distribuição uniforme dos vários

constituintes na mistura e que seguidamente o betão seja colocado, compactado e

acabado sem demasiadas bolhas de ar ou água, nem outras cavidades. Por outro lado, o

betão fresco deve ser suficientemente coeso de tal modo que a amassadura, colocação,

compactação e acabamento decorram sem segregação dos constituintes tal como

exsudação de água.

Os agregados tem a maior influência sobre a trabalhabilidade do betão segundo

dois principais aspectos:

1 - Modificação das propriedades reológicas, sobretudo relacionada com a

granulometria e forma das partículas do agregado.

2 - Influência do conteúdo de água lubrificante necessária para se obter a

trabalhabilidade desejada, que é função das características das partículas assim como da

capacidade de absorção destas.

6.3.1 Granulometria A distribuição das partículas de um dado agregado segundo as dimensões dessas

partículas é designado por granulometria e tem uma enorme influência sobre as

propriedades do betão, particularmente no que se refere à compacidade e à

trabalhabilidade (maior ou menor facilidade com que o betão é amassado, transportado,



115

colocado, compactado e acabado e a menor ou maior facilidade de segregação durante

essas operações).

Se a granulometria é contínua (partículas distribuídas uniformemente por todas

as dimensões da mais pequena à maior) e se as partículas tem uma forma adequada, é

possível obter-se betão muito compacto e resistente para uma dosagem mínima de

cimento reduzindo, paralelamente, o risco de segregação (Lea, 1998).

De facto variações de:

- dimensão máxima (D) do agregado;

- razão entre agregado grosso e fino (areia) e

- conteúdo de finos

influenciam a quantidade de água necessária e, portanto, a trabalhabilidade.

Em geral, é a superfície específica (a razão entre a superfície total e o volume

das partículas) de um agregado que determina a quantidade de água necessária para

molhar e lubrificar a mistura. (Quanto maior a dimensão das partículas menor a

superfície específica). De facto, para agregados de dimensão entre 150 microns e cerca

de 40 milímetros, se a dimensão máxima do agregado aumenta será necessário menos

água para a mesma trabalhabilidade, (aumento da resistência do betão) ou então, se se

mantiver a quantidade de água, a trabalhabilidade será maior.

Para agregados de dimensão superior a cerca de 40 milímetros aquela relação

simples não se traduz da mesma forma.

Na realidade estudos experimentais demonstram que o emprego de um agregado

grosso com dimensão máxima maior reduz a resistência do betão em betões com as

mesmas quantidades dos restantes componentes. Esta redução é mais significativa em

betões com razão água/cimento reduzida e para agregados de dimensão superior a cerca

de 40 milímetros Figura 6.4. De facto, o agregado de maior dimensão, embora tenha

uma superfície de aderência menor relativamente ao agregado mais pequeno em betões

com as mesmas quantidades dos restantes componentes, leva a que se forme uma zona

de transição muito menos resistente, sendo este efeito ainda mais evidente em betões de

baixa razão água/cimento (Construction Materials, 1994). Portanto nestes casos, para



116

uma dada razão água/cimento a resistência diminui com o aumento da dimensão

máxima do agregado.

Para partículas finas, isto é, de dimensão inferior a 150 microns em que a

superfície específica é grande, não é necessário uma quantidade de água

proporcionalmente grande, na medida em que estas partículas parecem exibir efeitos de

lubrificação sem estarem completamente molhadas.

A influência da granulometria e conteúdo de finos na trabalhabilidade, varia com

a dosagem de cimento. Em geral a influência da granulometria diminui com o aumento

da dosagem de cimento enquanto que o aumento de finos pode afectar a coesão da

mistura, isto é, pode haver perigo de segregação (Lea, 1998).

Em relação à quantidade de agregado usado num betão, se esta for aumentada

mantendo a razão água/ligante constante, então a resistência será ligeiramente superior -

Figura 6.5. Este efeito é considerado válido apenas se a quantidade de pasta é ainda

suficiente para preencher os vazios do conjunto agregado grosso/fino permitindo uma

consolidação completa do betão. Isto é, na prática, verifica-se um limite máximo da

quantidade de agregado a utilizar no betão (Construction Materials, 1994).

Figura 6.4 - O efeito de D-máxima dimensão do agregado grosso e da razão água/cimento na resistência

do betão (Construction Materials, 1994).



117

Figura 6.5 - O efeito da quantidade de agregado e da razão água/cimento na resistência do betão

(Construction Materials, 1994).

6.3.1.1 Análise granulométrica

A análise granulométrica de um agregado consiste simplesmente em separar

uma amostra desse agregado em fracções, cada uma contendo partículas com dimensões

entre limites correspondentes às aberturas dos correspondentes peneiros (Neville, 1995).

Ora uma partícula tem várias dimensões que dependem da sua forma, pelo que

do ponto de vista granulométrico, a dimensão de uma partícula é definida pela abertura

da malha, com forma determinada, através da qual ela passa, ficando retida numa malha

idêntica de menor abertura. A dimensão assim determinada exige que se definam dois

parâmetros:

a) forma de abertura da malha (quadrada, circular, etc.).

b) diferença entre as aberturas de duas malhas consecutivas.

Qualquer destas condições leva à normalização da forma da abertura e da série a

que devem obedecer.

Na prática, a análise granulométrica é realizada agitando o agregado através de

uma série de peneiros, arranjados por ordem tal que os de malha mais larga estejam na

parte superior e os de malha mais apertada na inferior, pesando-se o material retido em

cada peneiro - Figuras 6.6 e 6.7.



118

Figura 6.6 - Colocação do agregado num conjunto de peneiros (ACI, 1978).

Conhecendo a massa inicial da amostra, facilmente se calcula a percentagem da

massa dos resíduos em cada peneiro, que são partículas com a mesma dimensão

granulométrica.

Figura 6.7 - Resultado da operação de peneiração (ACI, 1978).

Este modo de proceder pressupõe que todas as partículas têm a mesma massa

volúmica. Se não tiverem, as proporções terão de ser calculadas em volume, calculando

o quociente do volume de cada fracção pelo volume total das partículas da amostra. A



119

massa volúmica que aqui intervém é, a massa volúmica, γi, correspondente à superfície

envolvente da partícula (Coutinho, 1988).

6.3.1.2 Peneiros e suas características

A malha dos peneiros que se usam para agregados para argamassas e betões é

geralmente de forma quadrada (Neville, 1995), sendo as aberturas das malhas dos

peneiros normalizadas em cada país.

No EUA a série total de aberturas, usada sobretudo em trabalhos de

investigação, tem malha quadrada e as aberturas de malha consecutivas estão em

progressão geométrica de razão 19.124 = começando na malha de 0.037 mm (nº 400)

e terminando na de 107.6 mm. Na prática, tanto na norma americana (ASTM E11-87),

como na inglesa (BS410: 1986) e para efeitos de análise granulométrica dos agregados

para fabrico de argamassa e betões apenas foram consideradas parte das aberturas

daquela série genericamente de acordo com a série de peneiros R40/3 da ISO. Portanto

nem todas as aberturas assim consideradas constituem uma progressão geométrica e por

exemplo a norma inglesa BS 410:1986 ainda acrescenta alguns peneiros da série R20/3

da ISO.

Nota: ASTM – American Society for Testing Materials BS – British Standard ISO – International Standards Organization

Na norma americana (ASTM E11-87) os peneiros mais grossos até à abertura de 5

mm são designados pelo dimensão da abertura em polegadas (por exemplo: 3/8"; ½") e

os peneiros de abertura inferior a 5 mm já são designados pelo número de malhas por

polegada linear. Assim o peneiro nº 30 tem 30 aberturas por polegada linear ou 30 x 30

por polegada quadrada. Sabendo-se o diâmetro do fio que compõe a rede do peneiro é

possível determinar a abertura.

O peneiro nº 4 (4,76 mm de abertura) é o peneiro que convencionalmente separa

o agregado grosso do agregado fino (areia).

Da série completa dos peneiros da norma americana podem-se destacar os

peneiros cujas aberturas formam uma série geométrica de razão 2, começando no

peneiro nº 200 (0.075 mm de abertura) e que constituem a designada por série

principal. Para maior precisão nas análises granulométricas de agregados grossos

intercalam-se os peneiros de 4", 2", 1", ½", e ¼", conjunto de peneiros a que se designa

por série secundária.

É o conjunto de peneiros:



120

- da série principal da série ASTM até ao peneiro de 3 polegadas,

- da série secundária da série ASTM e ainda

- os peneiros de abertura nominais de 200 mm e 150 mm (que não figuram na

norma americana ASTM E11-87) escolhidos na série R40 dos Números

Normais de acordo com a Norma Internacional ISO 3 (R40/3) e a Norma

Portuguesa NP 1458,

que formam a série referida na NP 1379, “INERTES PARA ARGAMASSAS E

BETÕES. Análise granulométrica, 1976” - Quadro 6.3. Note-se que os peneiros da série

ASTM são designados por aberturas (nominais) ligeiramente diferentes das reais. Por

exemplo o peneiro designado na NP 1379 por 75.0 mm, de facto, corresponde a uma

abertura real de 76.1 mm (3 polegadas). Quadro 6.3 – Série de peneiros ASTM e NP 1379.

ASTM NP 1379

Série principal Série secundária Abertura Designação

polegada mm polegada mm mm mm

3/16"=

3"

1 ½"

¾"

3/8"

nº 4

nº 8

nº 16

nº 30

nº 50

nº 100

nº 200

76.1

38.1

19.0

9.51

4.76

2.38

1.19

0.595

0.297

0.149

0.075

4"

2"

1"

½"

¼"

101.6

50.8

25.4

12.7

6.35

*200

*150

101.6

76.1

50.8

38.1

25.4

19.0

12.7

9.51

6.35

4.76

2.38

1.19

0.595

0.297

0.149

0.075

*200

*150

100

75.0

50.0

37.5

25.0

19.0

12.5

9.50

6.30

4.75

2.36

1.18

0.600

0.300

0.150

0.075

Agregado

grosso

Agregado

fino

(Areia)

* Escolhido da série R40/3 (ISO) e NP 1458.



121

6.3 1.3 Procedimento para obtenção de uma análise granulométrica

A análise granulométrica de um agregado, assim como outras determinações a

fazer, devem ser realizadas, cada uma, sobre uma amostra representativa das

propriedades do lote de agregado.

A amostra em bruto, constituída a partir de porções recolhidas segundo

determinadas regras (plano de amostragem) a partir de um lote de agregado, deverá ser

seca e, se necessário, reduzida a uma amostra mais pequena, de modo a se obter uma

quantidade adequada para peneiração, de acordo com a sua dimensão máxima e

baridade.

Os métodos usados para redução do tamanho da amostra são a utilização de um

separador, o método do esquartelamento ou o método do fraccionamento com pá.

Segundo a normalização portuguesa actual, NP 1379, a análise granulométrica

deverá ser:

a) realizada sobre uma amostra representativa.

b) O provete deve ser seco a 105oC – 110oC até massa constante, isto é, segundo a

NP 1379, considera-se atingida a massa constante quando a diferença entre as

massas obtidas entre duas pesagens consecutivas, intervalando de pelo menos 4

horas, é inferior a 0,1% da massa determinada.

Esta secagem tem o objectivo de evitar agregação das partículas finas e a

obturação fácil dos peneiros cuja malha é mais apertada.

c) A massa do provete deve ser proporcional à máxima dimensão do agregado

(D) a ensaiar e portanto de acordo com as quantidades referidas no Quadro 6.4.

Quadro 6.4 - Ordem de grandeza da massa do provete em função da máxima dimensão do agregado (NP-

1379). Máxima dimensão do agregado

mm Massa do provete

kg 200 150 100 75 50

37,5 ; 25 19; 12,5; 9,5; 6,3

< 4,75

150 100 50 30 15 10 3 1



122

d) A peneiração pode ser feita mecânica ou manualmente do peneiro de malha

maior para a mais baixa. Todas as partículas num peneiro devem ter a

possibilidade de entrar em contacto com a rede e deve-se procurar que não haja

perda de partículas, pelo que se deve limitar a quantidade que cada peneiro

pode conter, como se verifica no Quadro 6.5, transcrito da NP 1379.

Note-se que segundo a NP-1379 o provete deve resultar directamente das

operações de esquartelamento, não se efectuando posteriormente qualquer ajustamento

da sua massa. Quadro 6.5 - Quantidade máxima que cada peneiro pode conter (NP 1379). Peneiros de 40 cm

Recomendados para provetes > 1 kg Peneiros de 20 cm

Recomendados para provetes de 1 kg Abertura da malha

mm Material retido

kg Abertura da malha

mm Material retido

g

50.0 37.5 25.0 19.0 12.5 9.50 6.30

8 6 4 3

2.5 1.5 1.0

4.75 2.36 1.18 0.600 0.300 0.150 0.075

350 200 100 75 50 40 25

Durante a peneiração para aberturas superiores a 25.0 mm a posição das

partículas pode ser ajeitada manualmente para favorecer a sua passagem.

A peneiração é dada como concluída quando durante 1 minuto não passa mais de

1% do material retido nesse peneiro.

Os resultados da peneiração registam-se sob a forma de tabela (exemplo no

Quadro 6), sendo os elementos registados os seguintes:

1) massa retida em cada peneiro.

2) percentagem retida em cada peneiro.

3) percentagem total do que passa através do peneiro (PASSADOS

ACUMULADOS).

4) percentagem total do que fica retido no peneiro (RETIDOS

ACUMULADOS) que corresponde ao complemento para 100 de cada valor

anterior.



123

Quadro 6.6 – Exemplo de uma análise granulométrica (considerando apenas os peneiros da série principal - ASTM).

Resíduo no peneiro Abertura

da malha

mm

g

%

PASSADOS ACUMULADOS

Percentagem total de agregado

que passa através do peneiro

%

RETIDOS ACUMULADOS

Percentagem total de

agregado retido no peneiro

%

19,0

9,51

4,76

2,38

1,19

0,595

0,297

0,149

Resto

-

18,8

41,9

195,8

337,5

319,4

75,2

10,0

1,4

-

1,9

4,2

19,6

33,8

31,9

7,5

1,0

0,1

100,0

98,1

93,9

74,3

40,5

8,6

1,1

0,1

-

0

1,9

6,1

25,7

59,5

91,4

98,9

99,9

-

Total 1000,0 383,4

Em termos de normalização europeia foi aprovada em Agosto 1997 a norma EN

933-1, "Tests for geometrical properties of aggregates - Part 1: Determination of particle

size distribution - sieving method" em que o procedimento é, sensivelmente, o descrito

na actual norma portuguesa NP-1379.

6.3.1.4 – Curva granulométrica

6.3.1.4.1 – Traçado de uma curva granulométrica

Os valores calculados na coluna dos PASSADOS ACUMULADOS são utilizados

para o traçado gráfico da curva granulométrica.

Figura 6.8 – Exemplo de uma curva granulométrica considerando apenas os peneiros da série principal -

ASTM (Coutinho, 1988).



124

Na Figura 6.8 a tracejado representa-se a área que é proporcional ao módulo de

finura e a escala das abcissas proporcional ao logaritmo da abertura da malha.

(Coutinho, 1988).

No traçado desta curva escolhem-se para ordenadas as percentagens de material

que passa através de cada peneiro, graduando-se o eixo respectivo de 0 a 100 de baixo

para cima, numa escala aritmética, e para abcissas as aberturas dos peneiros, marcadas

geralmente em escala logarítmica, o que dá no caso das aberturas em progressão

geométrica de razão 2 (série principal da série ASTM), distâncias iguais de abertura em

abertura. Outras vezes a escala das abcissas é diferente da logarítmica, como por

exemplo, proporcional à raiz quadrada, à raiz quinta, etc., conforme as conveniências

das curvas granulométricas de referência.

Na representação logarítmica, em abcissas, as aberturas dos peneiros intermédios

estão distanciadas dos principais pela relação das diferenças dos logaritmos. A abertura

de 25,4 mm (1 polegada) é representada por uma linha a meia distância (rigorosamente

a 0,6 da linha de 19,0 mm e a 0,4 da de 38,1 mm) (Coutinho, 1988).

Chama-se curva granulométrica à linha contínua que une os pontos que

representam o resultado da análise granulométrica, isto é, os pontos em que as abcissas

correspondem às aberturas das malhas dos peneiros e as ordenadas dos passados

acumulados.

As curvas granulométricas são fundamentais para apreciar rapidamente a

granulometria do agregado e as deficiências que possa ter a nível de certas fracções

granulométricas, por exemplo a falta de partículas de dada dimensão. As curvas

granulométricas são também um elemento de cálculo fundamental para certos métodos

usados na composição de betão (métodos que permitem definir as quantidades dos

componentes do betão). É também importante referir que é possível obter a curva

granulométrica de uma mistura de agregados diferentes a partir das curvas de cada um

deles.

No LEMC – Laboratório de Ensaio de Materiais de Construção da FEUP, para

traçar curvas granulométricas é utilizada uma escala de abcissas proporcional à raiz

quinta da abertura da malha dos peneiros.



125

Pene

iro(A

STM

)

mm

150

100

9080

7060

5040

3530

2520

1510

20,

55

0,1

3"2"

1.1/

2"1"

3/4"

1/2"

3/8"

48

1630

5010

020

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

5 d1/

4"



126

Como referido anteriormente a granulometria e, portanto, a curva granulométrica

do agregado, tem uma enorme importância a nível da compacidade do betão. Em geral

a maior compacidade é obtida à custa da mistura de agregados, pelo menos de uma

areia e um agregado grosso, de tal forma que a curva da mistura seja aproximadamente

contínua (sem falta de partículas de dada fracção granulométrica). Como exemplo, na

Figura 6.9 apresenta-se a curva granulométrica de uma areia, a curva granulométrica de

uma brita e a curva granulométrica de uma mistura de 45% dessa areia e 55% da brita.

Apresenta-se ainda, na referida figura, os valores do volume de vazios da areia (35%),

da brita (44%) e finalmente da mistura de agregados que apresenta apenas um volume

de vazios de 24%.

100

80

60

40

20

075 150

microns300 600 1.2 24 5 10 20 37.5

mmAbertura dos peneiros

45% areia + 55% brita(vazios 24%) brita

(44% vazios)

areia(vazios 35%)

Pass

ados

Acu

mul

ados

Figura 6.9 - Exemplos de curvas granulométricas de uma areia, de uma brita e de uma mistura desses

agregados e a variação respectiva da compacidade (Construction Materials, 1994).

6.3.1.4.2 Mistura de agregados

A curva granulométrica da mistura de dois ou mais (n) agregados pode ser

facilmente obtida a partir das curvas de cada um deles.

Para tal basta multiplicar cada ordenada (yi) pela percentagem com que o

agregado entre na mistura (pi) e somar as ordenadas correspondentes à mesma abcissa.

Veja-se o exemplo (Figura 6.10 e Quadro 6.7):

Para cada # : ∑=

=n

1iiiM ypY , com %100p

n

1ii =∑

=



127

Peneiro(ASTM)

mm 15010090807060504035302520151020,5 50,1

3"2"1.1/2"1"3/4"1/2"3/8"48163050100200

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 5 d

I1

I

I

2

3

I4

M1 M2

1/4"

Figura 6.10 – Exemplo da curva granulométrica da mistura de 4 agregados.

Quadro 6.7 – Cálculos para determinação da curva granulométrica da mistura de agregados. RETIDOS ACUMULADOS

PENEIRO I1 I2 I3 I4 Mistura M1 Mistura M2

1 ½" 1" ¾" ½"

3/8" 1/4"

4 8

16 30 50 100 200

Resto

0 0 0 0 0 0 0 0 0 2

40 98 100 100

0 0 0 1 4

15 21 41 59 77 92 96 98 100

0 0 0

25 63 84 98 100 100 100 100 100 100 100

0 1 45 99 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

0 0 14 35 44 51 56 62 68 74 90 98 99 100

0 0 20 46 50 56 59 68 77 85 93 98 99 100

Mistura M1 20% de I1; 30% I2; 20% I3; 30% I4

Para cada # YM1 = 20% I1 + 30% I2 + 20% I3 + 30% I4

Mistura M2 5% de I1; 45% I2; 5% I3; 45% I4

Para cada # YM2 = 5% I1 + 45% I2 + 5% I3 + 45% I4

6.3.1.4.3 Fraccionamento de um agregado

É possível a partir da curva granulométrica de um agregado determinar as curvas

dos dois agregados resultantes da separação do primeiro em duas fracções, realizada

através do peneiro X – Figura 6.11.



128

Peneiro(ASTM)

mm 15010090807060504035302520151020,5 5

Rx

Px

ri

pi

0,1

3"2"1.1/2"1"3/4"1/2"3/8"48163050100200

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 5 d1/4" Figura 6.11 – Fraccionamento de um agregado.

Px – passados acumulados do agregado a fraccionar, no peneiro X.

pi – passados acumulados do agregado a fraccionar, na abcissa i.

Rx – retidos acumulados do agregado a fraccionar, no peneiro X.

ri – retidos acumulados do agregado a fraccionar, na abcissa i.

Fracção com partículas de dimensão inferior a X:

p'i - passados acumulados do novo agregado com partículas inferiores a X, na

abcissa i.

p'i = ?

Px – passa a ser 100% deste novo agregado.

pi – passa a ser um determinado p'i , logo

x

ii P

p'p =

Fracção com partículas de dimensão superior a X:

r'i – retidos acumulados do novo agregado com partículas superiores a X, na

abcissa i.

r'i = ?

Rx – passa a ser 100% deste novo agregado:

ri – passa a ser um determinado r'i, logo

x

ii R

r'r =



129

6.3.1.5 Módulo de Finura µ

Os elementos calculados no ponto 4) de 6.3.1.3, isto é, os RETIDOS

ACUMULADOS, permitem determinar o parâmetro designado por módulo de finura

que corresponde à soma das percentagens de "RETIDOS ACUMULADOS" da série

principal de peneiros ASTM, até ao peneiro nº 100, dividida por 100.

Como vimos a série principal começa no peneiro nº 200 (abertura 0,075 mm) e é

constituída pelos peneiros cuja abertura aumenta segundo uma progressão geométrica

de razão 2.

µ100

)inclusivé(100peneiroaoatéprincipal.sdaACUMULADOSRETIDOS∑=

Um modo de interpretar o valor do módulo de finura é considerar que representa

a dimensão média ponderada dessa areia numa escala em que a dimensão 1 corresponde

ao peneiro nº100 (0,149 mm de abertura), a dimensão 2 ao peneiro nº50, a dimensão 3

ao peneiro nº30, etc., etc., considerando apenas os peneiros da série principal. Assim,

por exemplo uma areia com µ=3, significa que a sua dimensão média corresponde ao 3º

peneiro, isto é, ao peneiro nº30 com abertura de 0,595 mm.

Além desta interpretação, existe outra muito útil em termos do cálculo da

composição do betão que é o facto do módulo de finura ser um número proporcional à

área compreendida entre o eixo das ordenadas, a abcissa no ponto de ordenada 100 e a

curva granulométrica (Figura 6.8).

6.3.1.6 - Designação do agregado

Em geral o agregado é designado por dois números separados por um traço, em

que um representa a máxima dimensão do agregado e o outro a mínima dimensão.

Note-se ainda que a chamada máxima dimensão do agregado tem uma dada

tolerância, isto é, define-se (segundo a NP-1379, 1976, “INERTES PARA

ARGAMASSAS E BETÕES. Análise granulométrica”), por:

D – Máxima dimensão do Inerte →

menor abertura do peneiro de uma

série de peneiros de referência através

do qual passa pelo menos 90% da

massa do inerte. Figura 6.12- Máxima dimensão D, do agregado.

Tolerância de 10% (Coutinho, 1988).



130

Portanto um agregado com máxima dimensão D pode conter até um máximo de 10% de

partículas com dimensão superior a D - Figura 6.12.

Segundo a especificação do LNEC "E355 – INERTES PARA ARGAMASSAS

E BETÕES. CLASSES GRANULOMÉTRICAS, 1990" a designação de um agregado é

feita mediante dois números separados por uma barra que indicam o primeiro, a abertura

do peneiro onde passam 90% a 100% de inerte e o segundo, 0% a 15%, mas

relativamente a uma série de peneiros de referência com aberturas nominais indicadas

na primeira coluna do Quadro 6.8 pertencentes à gama de aberturas nominais

estabelecido na NP 1458 para a gama suplementar R20, diferente da série preconizada

na NP-1379 e referida em 6.3.1.2.

Note-se que as normas europeias, futuramente em vigor em Portugal,

preconizam o uso de peneiros da gama suplementar R20, como se pode verificar em

6.3.1.7.

Quadro 6.8 – Classes granulométricas dos agregados para o fabrico de argamassas e betões (E 335, 1990).

Designação das classes 100/50 80/40 50/25 40/20 25/12,5 20/10 12,5/5 10/2,5 5/1,25 5/0,3 2,5/0,16 1,25/0,16

Abertura

nominal

dos peneiros

mm Percentagem, em massa, que passa através dos peneiros indicados na primeira

coluna 125

100

80

50

40

25

20

12,5

10

5

2,5

1,25

0,63

0,315

0,160

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

0-15

100

90-100

30-70

0-15

100

90-100

30-70

0-15

100

90-100

30-70

0-15

Assim, por exemplo o agregado da classe 10/2,5 terá uma granulometria tal que

10% ou menos ficam retidos no peneiro de 10 mm (série NP 1458, R20) e 15% ou



131

menos ficam retidos no peneiro 2,5 mm (série NP 1458, R20), isto é, o agregado poderá

ser constituído por até 10% de partículas maiores do que 10 mm e até 15% de partículas

menores do que 2,5 mm.

10 / 2,5

10% tolerância 15% tolerância

6.3.1.7 Peneiros a utilizar futuramente

As Normas Europeias (EN .....) que tem vindo a ser desenvolvidas e que no futuro

passarão a vigorar no nosso País (NP EN ....) contemplam uma série de peneiros de

malha quadrada, para a análise granulométrica de um agregado em que as aberturas a

considerar obrigatoriamente são:

0.063 mm, 0.125 mm, 0.250 mm, 0.500 mm, 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm e 16 mm.

Quando fôr necessário a utilização de mais peneiros, as suas aberturas serão

seleccionadas da série R20 referida no ISO 565 (1990).

ISO 565 1990 - Test sieves - Woven metal wire cloth, perforated plate and electro

formed sheet - Nominal sizes of openings

Note-se que a série R20 vai de 0.063 mm a 125 mm sendo a razão geométrica

igual a 101/20 ≅ 1.12.

No Quadro 6.9 apresentam-se as aberturas actualmente em vigor para a análise

granulométrica (NP 1379), as aberturas (também pertencentes à série R20) que se

devem considerar, presentemente, para as classes granulométricas (ver 6.3.1.6) e, nas

colunas do lado direito as aberturas normalizadas para a Comunidade Europeia, a

considerar futuramente em Portugal.



132

Quadro 6.9 - Aberturas de malhas segundo a legislação actual e futura. Análise granul. Classes Análise granul. ClassesNP 1379 LNEC E335-1990 NP 1379 LNEC E335-1990

mm mm mm mmfacultativas obrigatórias facultativas obrigatórias

0,063 0,063 4 40,071 4,488

0.075 0,079 4.76 5 5,0360,089 5,6500,100 6,3400,112 6.35 7,1130,125 0.125 8 80,140 8,976

0.149 0,160 0,157 9.51 10 10,0710,177 11,3000,198 12.7 12,5 12,6790,222 14,226

0,25 0,25 16 160,281 17,952

0.297 0,315 0,315 19.0 20 20,1430,353 22,6010,396 25.4 25 25,3580,445 28,452

0,5 0,5 31,5 31,50,561 35,344

0.595 0,63 0,629 38.1 40 39,6560,706 44,4950,792 50 49,9240,889 50.8 56,016

1 1 63 631.19 1,122 70,687

1,25 1,259 76.1 80 79,3121,413 88,9901,585 100 99,8481,778 101.6 112,032

2 2 125 125 1252,244 150

2.38 2,5 2,518 2002,825 0,0003,170 100 0,0003,557 101.6 0,000

125 125 125150200

Futuras normas europeiaEN 933-2:1995

mmmm

Futuras normas europeiaEN 933-2:1995

6.3.2 –Forma das partículas

6.3.2.1 Generalidades

A forma das partículas do agregado afecta o comportamento do betão pois tem

influência na trabalhabilidade, no ângulo de atrito interno, compacidade, etc, isto é, nas

propriedades que dependem da quantidade de água de amassadura (Coutinho, 1988).

A forma das partículas do agregado pode ser descrita pelo uso de dois parâmetros

designados por "esfericidade" e "curvatura" que tem sido usados para caracterizar grãos

de rochas sedimentares clásticas. Apresenta-se um exemplo nas Figuras 6.13 e 6.14

(Concrete Petrography, 1998).



133

ESFE

RIC

IDA

DE

ESFERICIDADE = diâmetro equivalente / máxima dimensão da partícula

CURVATURA (Roundness)

CURVATURA (Roundness) = raio médio dos cantos e limites / raio de circunferência máxima inscrita

Figura 6.13– Forma das partículas. Exemplo de uma classificação usada em petrografia (Concrete Petrography, 1998).

ESFE

RIC

IDA

DE elev

ado

baix

o

muitoangular

angular subarredondado

arredondado bemarredondado

subangular

Figura 6.14– Forma das partículas. Exemplo de uma classificação usada em petrografia (Concrete

Petrography, 1998).

Uma versão simplificada desta classificação é considerar as partículas de baixa

esfericidade diferenciadas em partículas lamelares ou achatadas (relação

espessura/outras dimensões, menor do que dado valor) e partículas alongadas ou

aciculadas (relação comprimento/outras dimensões, superior a dado valor).

De uma maneira geral considera-se que as partículas de elevada esfericidade mas

angulosas (baixo valor do parâmetro "curvatura") são as mais desejáveis em termos de

fabrico de betão. Isto é, as partículas mais indesejáveis são as que são

simultaneamente lamelares e alongadas (Concrete Petrography, 1998) e portanto a



134

percentagem de partículas desta forma devem ser limitadas (Coutinho, 1988) – Figura

6.15.

Existem vários modos de avaliar a forma das partículas que basicamente se

poderão dividir em dois processos:

a) Fazer medições geométricas sobre cada uma das partículas, daí determinar

parâmetros (por exemplo a curvatura e esfericidade, referidas anteriormente, o índice

de lamelação, o índice de alongamento, o índice de forma ou o índice volumétrico

(presentemente considerado na regulamentação em Portugal) que permitam

classificar a forma do agregado e inferindo então se agregados com essa forma

devem ou não ser usados em betão.

b) Determinar certas propriedades do conjunto de partículas do agregado, tais como a

permeabilidade, baridade e o tempo de escoamento de um dado volume de agregado

através de um orifício. Por exemplo a determinação da forma a partir da

permeabilidade consiste em comparar a permeabilidade de uma camada de partículas

de dimensão uniforme e uma camada de esferas de igual dimensão (ver Coutinho,

1988, pág. 39).

Figura 6.15 – Partícula alongada (indesejável), à esquerda e partícula de forma desejável para o fabrico de

betão, à direita.



135

Relativamente a parâmetros determinados a partir de medições geométricas, o

índice volumétrico é apresentado no ponto seguinte e definem-se seguidamente outros

também utilizados:

Índice de lamelação–(BS 812 Section 105.1:1989 Flakiness index; EN 933-3

1997 Tests for geometrical properties of aggregates-Part3: Determination of particle

shape- Flakiness index) Uma partícula é considerada lamelar quando a sua espessura é

menor que 0,6 da sua dimensão nominal (média das aberturas dos peneiros limites da

fracção onde a partícula ocorre). O índice corresponde ao quociente da massa das

partículas lamelares pela massa da amostra.

Índice de alongamento–(BS 812 Section 105.2:1990 Elongation index of

coarse aggregate) Uma partícula é considerada alongada quando o comprimento (maior

dimensão) é igual ou superior a 1.8 da sua dimensão nominal. O índice corresponde ao

quociente da massa das partículas alongadas pela massa da amostra.

Índice de forma–(Final Draft pr:EN 933-4 1999 Tests for geometrical

properties of aggregates-Part4: Determination of particle shape- Shape index) Uma

particular é considerada não-cúbica se a razão entre o seu comprimento e largura

(menor dimensão) é superior a 3. O índice corresponde ao quociente da massa das

partículas não-cúbicas pela massa da amostra.

6.3.2.2 Determinação do índice volumétrico

O processo mais apropriado para medir a forma á baseado na relação entre o

volume da partícula e da esfera circunscrita ou o chamado índice volumétrico, I.V.,

quociente do volume da partícula, v, pelo volume da esfera de diâmetro igual à maior

dimensão, N, da partícula:

I.V. (partícula)

6Nv

3π=

O índice volumétrico médio de um agregado composto por partículas cujas

maiores dimensões são N1, N2, ...,Nn com volumes v1, v2, ..., vn , é

I.V. médio

∑

∑

=

=

π=

n

1i

3i

n

1ii

6N

v



136

O índice volumétrico é definido para o agregado grosso e não para a areia, dada a

dificuldade da sua determinação neste caso.

A dimensão N pode medir-se com uma craveira, partícula a partícula. O volume v

mede-se facilmente introduzindo as partículas numa proveta graduada com água, por

exemplo, e lendo o volume deslocado.

Um baixo valor do índice indica partículas em que predominam uma ou duas

dimensões sobre as outras (existência de partículas alongadas e achatadas) resultantes

da clivagem da rocha originária ou do tipo de equipamento de britagem utilizado

(Figura 6.16).

I.V. ELEVADO (≅1)

I.V. BAIXO Figura 6.16 – Variação do índice volumétrico com a forma da partícula.

As instalações modernas de produção de agregados, dotadas de britadores e

granuladores adequados são capazes de fornecer materiais de forma conveniente, desde

que a pedreira seja constituída por um material homogéneo, sem propriedades

direccionais acusadas.

Para dar ideia do valor deste parâmetro dir-se-á que o índice volumétrico de um

ovo é 0,5, o de um cubo 0,37, o de uma partícula achatada 0,07 e o de uma partícula

alongada 0,01 (Figura 6.17).

I.V.≅ 0.5

I.V.≅ 0.37

I.V.≅ 0.07

I.V. ≅ 0.01

Figura 6.17 - Alguns valores de I.V.

O agregado excepcionalmente bom tem um índice volumétrico superior a 0,4, mas

coeficientes de 0,3 a 0,4 já indicam agregados muito bons.



137

Segundo a especificação do LNEC E 223 – "AGREGADOS. DETERMINAÇÃO

DO ÍNDICE VOLUMÉTRICO", o valor deste índice deve ser determinado para cada

fracção granulométrica do agregado com máxima dimensão D entre cerca de 5 mm e

50 mm (peneiros número 4 e de 2 polegadas, respectivamente).

O índice volumétrico de cada fracção calculado para 50 partículas ao acaso, é

como visto determinado pela razão:

I.V. = ∑

∑partículasdasocomprimentaoigualdiâmetrocomesferasdevolume

)águaemimersãoporerminado(detpartículasdasvolume

Para determinar o índice volumétrico de um agregado (grosso) é necessário

proceder a uma análise granulométrica, determinar o índice volumétrico para cada

fracção granulométrica e então calcular a média dos índices volumétricos ponderada

pelas percentagens de cada fracção granulométrica (pi):

I.V.inerte = ii

i VIp .).(∑

Segundo a NP ENV 206 – "Betão. Comportamento, produção, colocação e

critérios de conformidade" que remete para a especificação do LNEC E 373 – "Inertes

para argamassas e betões. Características e verificação de conformidade", o índice

volumétrico de um godo tem de ser superior a 0,12 e de uma brita a 0,15.

6.3.2.3 A influência da forma do agregado na trabalhabilidade do betão

O valor do índice volumétrico em si não é suficiente para se avaliar a influência

da forma das partículas na trabalhabilidade do betão, e daí a existência dos outros

métodos referidos (alínea b), 6.3.2).

Há, evidentemente, uma diferença nítida entre uma partícula cúbica britada e uma

partícula cúbica rolada; enquanto a primeira tem faces planas e arestas vivas, a segunda

tem as faces arredondadas e as arestas desaparecem. Assim o ângulo de atrito interno do

betão confeccionado com o agregado rolado é mais pequeno, o que conduz a uma maior

trabalhabilidade e melhor arranjo das partículas, obtendo-se portanto maior

compacidade em igualdade de coeficientes volumétricos dos dois tipos de agregado

(Coutinho, 1988).

No entanto a rugosidade da superfície do agregado contribui para a aderência

entre a pasta de cimento e o agregado no betão. Assim betões produzidos com



138

agregados britados apresentam uma resistência em cerca de 15% superior em betões

com as mesmas quantidades dos constituintes, mas obtidos com agregados rolados

(Construction Materials, 1994).

Uma forma defeituosa afecta desfavoravelmente o betão. A areia fina, em placas

ou lamelas diminui a trabalhabilidade, exigindo um acréscimo de água; o agregado

grosso, acicular, cujas partículas podem fracturar durante a amassadura, produz um

betão áspero, difícil de compactar e que apresenta um limiar na trabalhabilidade: o

excesso ou falta de água, mesmo em pequena proporção, pode provocar uma variação

brusca e sensível na trabalhabilidade.

Este aspecto da existência de partículas lamelares é importante pois, como elas

tendem a orientar-se num plano horizontal, passa a haver planos privilegiados visto que

debaixo delas a exsudação ou a segregação da água do betão fresco após a sua

colocação pode provocar a formação de uma película de água que impede a aderência

da pasta de cimento. Daqui resulta um aumento considerável da permeabilidade e

diminuição da tensão de rotura, sobretudo em tracção e nos casos, raríssimos em

Portugal, em que o betão está sujeito a temperaturas negativas, a água da tal película

pode congelar, começando a provocar a rotura nesses locais, mesmo que se tenham

tomado outras medidas para evitar o efeito da congelação da água.

6.3.3 Resistência Mecânica

A resistência à compressão do agregado raramente constitui um problema, excepto

quando se pretende produzir betão de elevada resistência (classes superiores a C45/55)

onde as tensões no betão são partilhadas pelo agregado e pela pasta de cimento.

Em betões usuais é apenas a pasta de cimento a resistir às tensões instaladas,

excepto quando os agregados são menos resistentes, concretamente, quando as rochas

de que provêm apresentam tensões de rotura inferiores a cerca de 2 vezes a da pasta do

cimento. Neste caso a resistência do betão dependerá da resistência do agregado como

no caso de betão com agregados leves (Coutinho, 1988; Brown, 1998).

Assim, para o fabrico de betões usuais é conveniente fixar um limite inferior para

a tensão de rotura da rocha que constitui o agregado, sendo este valor fixado em 50

MPa (NP ENV 206, 1993 e E373, 1993).



139

Na produção de betões de alta resistência ou de alto desempenho (BAD; HPC em

inglês) obtidos à custa de razões água/cimento muito reduzidas, conseguidas pelo uso de

superplastificantes, obtêm-se betões com uma densidade da pasta de cimento muito

elevada permitindo a transferência de tensões na interface da pasta de cimento/agregado

e o betão funciona como verdadeiro material compósito, onde os agregados são

componentes activos cujas propriedades mecânicas e elásticas influenciam as

respectivas propriedades do betão (Aitcin, 1997). Assim, para o fabrico de betões de alta

resistência ou desempenho (resistentes e duráveis) é necessário elevar o limite inferior

da tensão de rotura da rocha originária e verificar se a resistência do agregado é

suficiente procedendo a ensaios convenientes.

Quando se utilizam agregados de origem até então nunca experimentada, ou ainda

no caso de agregados leves, dispõe-se dos seguintes grupos de ensaios que permitem

avaliar a resistência do agregado:

- determinação da tensão de rotura da rocha originária;

- ensaios de compressão confinada (sobre grupos de partículas) - resistência ao

esmagamento;

- ensaios sobre partículas individuais;

- ensaios comparativos sobre betões idênticos confeccionados uns com agregado cujo

comportamento é conhecido e outros com o agregado em estudo (Coutinho, 1988).

6.3.3.1 Determinação da tensão de rotura da rocha originária

Para determinar a tensão de rotura por compressão da rocha originária segue-se a

norma portuguesa “NP-1040 (1974) - PEDRAS NATURAIS. Determinação da tensão

de rotura por compressão”.

O procedimento do ensaio consiste em colher na pedreira amostras representativas

da qualidade média da rocha das quais se extraem, por serragem ou carotagem e por via

húmida, cubos ou cilindros de altura igual ao diâmetro, cuja aresta (a) ou diâmetro (d)

seja no mínimo 50 milímetros.

No caso da rocha apresentar planos de xistosidade ou de estratificação, devem ser

tomadas pelo menos 12 provetes, mas se a rocha não apresentar esses planos ou não

forem aparentes, apenas é necessário considerar 6 provetes com qualquer orientação. No

primeiro caso, 6 dos 12 provetes são ensaiados com as faces de carga paralelas aos

planos referidos e os outros 6 com aquelas faces perpendiculares a esses planos. Em



140

ambos os casos, metade dos provetes (≥3) são ensaiados após secagem a 105ºC-110ºC

durante 24 horas e a outra metade após imersão em água a 20ºC±5ºC durante 48 horas.

Isto é:

Rocha originária com planos de

xistosidade ou estratificação visíveis Rocha aparentemente sem planos de

xistosidade ou estratificação

6 com faces de carga paralelas aos planos

6 cubos ou cilindros

3 secagem 105-110ºC, 24h

12 6 com faces de carga

perpendiculares aos planos

(a ou d ≥50mm) 3 imersão em água

a 20±5ºC, 48h

( obtêm-se 4 valores médios) ( obtêm-se 2 valores médios)

Após a avaliação das dimensões que permitem calcular a área da secção de carga,

cada provete é levado à rotura por aplicação de forças gradualmente crescentes - Figura

6.18, e a tensão de rotura por compressão pode então ser calculada para cada provete.

Figura 6.18 - Determinação da tensão de rotura por compressão.

A tensão de rotura que se toma para a rocha é a menor das 4 (ou 2) médias

provenientes dos 4 (ou 2) grupos de provetes ensaiados. A menor das tensões é

geralmente a dos provetes saturados, sujeitos a uma tensão de compressão paralela à



141

direcção do plano de estratificação ou xistosidade. Uma diferença grande entre as

tensões de rotura da rocha saturada e da rocha seca pode indicar uma reduzida

resistência à congelação da água (rocha geladiça); uma diferença grande entre as tensões

de rotura da rocha determinadas nas 2 direcções, indica que na britagem, poderá haver

planos preferenciais de fractura o que conduzirá à obtenção de agregado com forma

lamelar (indesejável).

Sobre espécimes deste tipo, talhados da rocha, também se podem fazer

determinações das tensões de rotura em tracção pura, em flexão, e em choque, estes

últimos tradicionalmente empregues na apreciação do agregado para estradas, nos quais

se mede, por exemplo, a altura de queda dum determinado peso que provoca a rotura do

espécime.

(NP 1040, 1974; Coutinho, 1988)

6.3.3.2 Ensaios de compressão confinada - esmagamento

Muitas vezes, apenas se dispõe de partículas que compõem o agregado e então

determina-se a resistência do conjunto das partículas por exemplo através do ensaio de

compressão confinada designado por ensaio de esmagamento e normalizado entre nós

pela norma portuguesa NP 1039 (1974).

Embora não haja relação bem determinada entre o seu resultado e o de

compressão da rocha, os valores obtidos pelos dois critérios são sensivelmente

concordantes.

O ensaio é realizado sobre as partículas que passaram através do peneiro de malha

com 12,7 mm de abertura (# 1/2 polegada, designação 12,5 segundo a NP 1379) e

ficaram retidas no de 9,51 mm (# 3/8 polegada, designação 9,50 segundo a NP 1379). A

amostra deve ser seca a peso constante, numa estufa, a 105±3ºC, e em seguida definida

a quantidade a utilizar no ensaio, pelo volume de agregado que enche um recipiente

metálico cilíndrico de 115 mm de diâmetro e 180 mm de altura em determinadas

condições de compactação e depois colocada num molde cilíndrico – Figuras 6.19 e

6.20, com 154 mm de diâmetro interior, 140 mm de altura e paredes com 16 mm de

espessura, onde é convenientemente compactada. Coloca-se um êmbolo com 152 mm

de diâmetro na parte superior da amostra.



142

115mmrecipiente

180mm

Figura 6.19 - Corte transversal do recipiente e esmagador (adaptado NP-1039, 1974).

B

C

A

Figura 6.20 - Equipamento utilizado no ensaio de esmagamento: C- êmbolo, A- manga de aço, B- varão de

compactação, D- chapa de aço.

D



143

O conjunto molde cilíndrico e êmbolo é disposto entre os pratos de uma máquina

de compressão aplicando-se forças gradualmente crescentes a velocidade tanto quanto

possível constante, com um ritmo tal que se atinja 40x104N (~40tf) em 10 minutos, após

o que se descarrega (Figura 6.21).

Figura 6.21 – Ensaio de esmagamento do agregado (Coutinho, 1988).

Finalmente, determina-se a percentagem de agregado que passa através do peneiro

de malha com 2,38 mm de abertura (# nº8, designação 2,36 segundo a NP 1379). A

relação, multiplicada por 100, entre a massa do material que passou neste peneiro e a

massa inicial da amostra é a resistência do agregado ao esmagamento, isto é:

100mm

mR

12

3oesmagament ×

−=

sendo:

m1 - a massa do recipiente

m2 - a massa do recipiente cheio com o provete

m3 - a massa de material que passou no peneiro 2,38 mm de abertura.

A resistência ao esmagamento deve ser determinado com dois provetes.

Quando não há partículas com dimensões entre as designadas por 12,7 e 9,51 mm

(respectivamente 1/2 e 3/8 polegadas) poderão usar-se outras, sendo o peneiro de

abertura de 2,38 mm substituído por qualquer dos indicados no Quadro 6.10 , de acordo

com a granulometria da amostra.



144

Quadro 10 – Peneiros (ASTM, E11-70) utilizados na determinação da resistência do agregado ao esmagamento (NP 1039).

Fracção de agregado usada no ensaio

mm

Malha dos peneiros para determinação da fracção fina, após o ensaio de esmagamento

mm

Esmagador referido no texto

25,0 / 19,0

19,0 / 12,5

4,75

3,35

Esmagador de dimensões menores

(ver NP 1039)

9,5 / 6,3

6,3 / 4,75

4,75 / 3,35

3,35 / 2,36

1,70

1,18

0,850

0,600

Refira-se que este ensaio não é significativo para agregados leves.

Em termos de regulamentação e segundo a NP ENV 206 que remete para a “E

373- Inertes para argamassas e betões. Características e verificação da conformidade”, o

resultado do ensaio de esmagamento para agregados grossos terá de ser inferior a

45%.

Em relação à resistência de agregados finos - as areias, dever-se-á ensaiá-la em

argamassa, comparando a sua resistência com outra argamassa idêntica, obtida a partir

de uma areia cujo comportamento é já bem conhecido (areia padrão), composta por

grãos com granulometria rigorosamente igual à da areia em estudo. As tensões de rocha

da argamassa com a areia em estudo não devem ser inferiores em mais de 10% às da

argamassa com a areia padrão (Coutinho, 1988).

6.3.3.3 Ensaios de desgaste

Para avaliação da resistência do agregado também se usam ensaios de desgaste,

quer sobre amostras da rocha originária, quer sobre amostras do próprio agregado.

Um dos ensaios sobre amostras de rocha originária para determinação da

resistência ao desgaste, consiste na utilização da máquina Amsler-Laffon -Figura 6.22

em que é determinada a resistência ao desgaste por abrasão. Este ensaio consiste em

colocar um provete rectificado, neste caso de rocha originária, num suporte próprio da

máquina Amsler-Laffon, de tal forma que a superfície cujo desgaste se pretende medir,

fique sobre o disco rotativo da máquina, seguro por uma haste própria. Durante o

ensaio, que em geral corresponde a um percurso de 200 metros, o desgaste é

proporcionado por areia normalizada e água, que caiem de recipientes próprios sobre o



145

disco rotativo. O desgaste corresponde à diferença da espessura do provete antes e

depois do ensaio (J. Sousa Coutinho, 1998). Este ensaio encontra-se descrito na

especificação do LNEC "E 396-1993. BETÕES. Determinação da resistência à abrasão"

e constitui o chamado "Processo A". O "Processo B" consiste na utilização de um

equipamento diferente em que o disco rotativo de 200 milímetros de diâmetro e 70 mm

de largura roda na posição vertical.

Figura 6.22- Máquina Amsler-Laffon.

O ensaio de desgaste na máquina de Los Angeles (Figuras 6.23 e 6.24) permite

avaliar a resistência de amostras do agregado à abrasão e choque e, indirectamente a

resistência mecânica do agregado.

Figura 6.23 - Máquina de ensaio de desgaste de Los Angeles (Coutinho, 1988).



146

Figura 6.24 - Corte transversal e longitudinal da máquina de Los Angeles (E 237).

Este ensaio e o equipamento necessário encontra-se descrito na especificação do

LNEC “E 237 - Agregados. Ensaio de desgaste pela máquina de Los Angeles, 1970”.

O ensaio consiste em introduzir o agregado com uma granulometria especificada

num tambor cilíndrico, com movimento de rotação em torno do seu eixo colocado na

posição horizontal. Coloca-se juntamente um certo número de esferas com cerca de 47

mm de diâmetro e peso entre 390 e 445g cada. O número de esferas é função da

granulometria do agregado. O conjunto dá 1000 rotações (no caso do agregado entre

76,1 e 25,4 mm) e 500 rotações (no caso do agregado entre 38,1 e 2,38 mm) à

velocidade de 30 a 33 rotações por minuto medindo-se depois a perda de peso através

de um peneiro, com malha de 1,68 mm de abertura (nº12 da série ASTM), isto é:

Perda por DESGASTE na máquina de Los Angeles = 100m

mm

1

21 ×−

em que:

m1 - massa do provete

m2 - massa do agregado retido no peneiro de 1,68 mm (nº12).

Em termos de regulamentação e quando se avalia a resistência mecânica de

agregados grossos medidos através do desgaste de Los Angeles, a NP ENV 206 remete

para a especificação LNEC E 373 que limita a perda por desgaste Los Angeles a 50%.

Este ensaio não é significativo para agregados calcários.

O ensaio de Los Angeles é muito utilizado devido aos bons resultados que com

ele se obtêm; existe uma correlação muito boa não só com o desgaste do agregado



147

quando usado no betão mas também com as tensões de rotura de compressão e de flexão

do betão fabricado com agregados em causa (LNEC E 237; Coutinho, 1988; LNEC E

373).

A norma europeia EN 1097-2 "Tests for mechanical and physical properties of

aggregates - Part 2: Methods for determination of resistance to fragmentation" aprovada

em Abril 1998, preconiza a utilização do ensaio de Los Angeles e em alternativa um

outro método designado por ensaio de impacto.

A norma europeia EN 1097-1 "Tests for mechanical and physical properties of

aggregates -Part 1: Determination of the resistance to wear (micro-Deval)" aprovada em

Julho, 1996, prevê, para a determinação da resistência ao desgaste (micro Deval) de

uma amostra de agregado natural ou artificial usado em construção civil, a determinação

do coeficiente micro-Deval.

O ensaio consiste em medir o desgaste por abrasão e choque (fricção) das

partículas do agregado (10/14 mm) e uma carga abrasiva num tambor rotativo, em dadas

condições. O desgaste é medido pelo coeficiente micro-Deval que corresponde à

percentagem da amostra original de agregado que passa no peneiro de 1.6 mm. Assim

quanto menor fôr o coeficiente micro-Deval, maior será a resistência ao desgaste do

agregado e, em princípio, maior será a sua resistência mecânica (Lea,, 1998).

A máquina para ensaio micro-Deval consiste num conjunto de 1 a 4 tambores em

aço inoxidável, de 200 mm de diâmetro e cerca de 154 mm de comprimento. Os

tambores estão colocados em dois suportes que rodam segundo um eixo horizontal a

uma velocidade de 100 rpm. A carga abrasiva é constituída por esferas de aço de 10 mm

de diâmetro. Na Figura 6.25 apresenta-se um diagrama de um aparelho tipo.

Figura 6.25 - Diagrama de um aparelho-tipo para a determinação da resistência ao desgaste - micro-Deval (EN 1097-1, 1996).



148

6.3.3.4 - Ensaios sobre partículas individuais: Caso dos agregados leves

Relativamente aos ensaios sobre partículas individuais que se aplicam sobretudo a

partículas de agregados leves (embora se possam realizar em partículas de agregados

tradicionais) referem-se os seguintes:

- ensaio de esmagamento que produz 10% de elementos finos que, muito

resumidamente, consiste em determinar a carga que produz, com o equipamento

descrito em 3.1.2, uma percentagem 10% de elementos finos em que esta fracção

fina é separada por um peneiro proporcional à fracção granulométrica do

agregado empregue no ensaio (Coutinho, 1998). Na realidade este ensaio

destinado, sobretudo, para agregados leves é um ensaio realizado sobre um

conjunto de partículas. Os ensaios sobre partículas individuais são:

- ensaio de resistência à compressão, à tracção, ao corte e à pressão hidrostática

(ver Coutinho, 1998, pgs.25 e 26).

6.3.3.5 - Ensaios comparativos

Um critério seguro e objectivo para avaliar se a resistência do agregado é

suficiente para produzir um betão com dada resistência à compressão, consiste em

determinar a tensão de rotura do betão fabricado com esse agregado em comparação

com a de um betão padrão amassado em condições rigorosamente idênticas. O betão

padrão deve ser constituído por agregados com propriedades bem conhecidas, de

resultados já comprovados e granulometria rigorosamente igual à do agregado em

estudo; o cimento empregue nos dois betões deve ser da mesma amostra, em iguais

quantidades e bem assim os volumes de água. Se as dosagens de água não forem iguais

nos dois betões, estes deverão ter trabalhabilidades iguais.

Este método é geralmente seguido na avaliação da resistência de areia, dada a

dificuldade da apreciação do ensaio de esmagamento, e é preconizado pelas normas

brasileiras MB-95 (ensaio de qualidade da areia). Como referido anteriormente, as

tensões de rotura da argamassa com a areia em estudo não devem ser inferiores em

mais de 10% relativamente às da argamassa com a areia padrão.



149

6.3.4 – Resistência à humidificação e secagem

Certas rochas podem sofrer grandes variações de volume devido à embebição e

consequente secagem e podem até ser destruídas após um número suficientemente

grande de ciclos de humidificação e secagem, como alguns xistos, margas calcárias, ou

certos sílex microporosos, com pequena massa volúmica, ou rochas que contêm

minerais argilosos dos grupos da montmorilonite ou da ilite, como acontece com certos

calcários com lâminas intercaladas destas argilas expansivas.

Os minerais argilosos, especialmente do grupo montmorilonite, não só

apresentam variações de volume importantes mas têm também grande capacidade de

absorção de água.

Quando se puser a hipótese de o agregado poder variar de volume com

alternâncias de secagem e de humidificação, poder-se-á utilizar um método que consiste

em submeter amostras do agregado em causa a ciclos alternados de embebição em água

e secagem em estufa, equivalente ao descrito a seguir (3.5), para avaliação da resistência

do agregado à congelação (NP 1378) mas em vez de solução de sulfato se utiliza água.

6.3.5 – Resistência à congelação

Se os agregados não resistem à congelação a água que se encontra nos seus poros

pode congelar e concomitantemente aumentar de volume (cerca de 9%) ao mudar de

estado físico, pelo que se criam tensões que podem provocar escamação do betão,

sobretudo acima das partículas de maiores dimensões – Figura 6.26 (J. Sousa Coutinho,

1998). Na Figura 29 apresenta-se a fotografia de uma escama de betão, que consiste na

separação de uma pequena porção de betão superficial causada por pressão interna,

provocando o aparecimento de uma pequena depressão em geral de forma cónica (ACI

E1-78,1978).

Figura 6.26 - Escamação do betão provocada pela baixa resistência do agregado à

congelação da água nos seus poros (CEB, 1992).



150

Figura 6.27 - Escama provocada por agregado geladiço (ACI E 1-78, 1978).

Em Portugal, de um modo geral, não se verificam temperaturas negativas, pelo

que este fenómeno não tem normalmente importância.

Em geral os calcários e grés são rochas que suportam mal os ciclos gelo/degelo,

isto é, constituem rochas geladiças.

Um rocha geladiça é uma rocha que absorve água e não resiste ao aumento de

volume devido à congelação desta nos seus poros; é portanto uma pedra porosa,

higroscópica e de fraca resistência. A causa mais frequente que torna uma pedra

geladiça é o facto do tipo de rede porosa se opor à saída de água dos poros, saída que se

faz com uma velocidade inferior àquela com que a congelação se propaga na rocha. A

resistência da rocha à congelação depende da relação entre o volume de poros de maior

abertura e o dos de menor dimensão em que o acesso da água é mais difícil. A pedra é

tanto mais geladiça quanto mais apertados forem os poros e quanto menor for o volume

dos poros de maior dimensão. Supõe-se que são os capilares com dimensões inferiores a

4000 nanómetros (1 nanómetro igual a 10-9 metros) nos quais a água congela, que

afectam a resistência à congelação e descongelação (Coutinho, 1978; Neville, 1995).

Existem vários processos de verificação da gelividade dos agregados tais como

submeter amostras de rochas a ciclos de imersão em água/congelação e avaliar, no final,

as alterações aparentes nas amostras. Este é o ensaio descrito na norma francesa B10-

001 aplicável a pedras calcárias.



151

Entre nós utiliza-se um ensaio derivado do preconizado na norma americana

ASTM C88, "Soundness of Aggregates by Use of Sodium Sulfate or Magnesium

Sulfate", descrito na norma portuguesa NP-1378, "AGREGADOS. Ensaio de alteração

pelo sulfato de sódio e sulfato de magnésio". O procedimento deste ensaio consiste em

considerar uma amostra de agregado, devidamente peneirada entre dois peneiros muito

próximos, que é sujeita a imersão em soluções de sulfato de sódio ou de sulfato de

magnésio seguida por secagem em estufa. Este ciclo de imersão e de secagem é

repetido cinco vezes; a formação de cristais dos sais referidos nos poros tende a

fracturar as partículas e a análise granulométrica depois dos ciclos fornece, em

princípio, o grau de resistência à congelação e descongelação.

Em termos de normalização europeia foi aprovada, em Março 1998, a norma EN

1367-2 "Tests for thermal and weathering properties of aggregates - Part 2: Magnesium

sulfate test" em que uma amostra de agregado é sujeita a um procedimento semelhante

ao preconizado na NP 1378 mas em que a solução utilizada é unicamente a de sulfato de

magnésio.

A pressão de formação de cristais de qualquer destes sais nos poros da rocha é

provavelmente bastante maior do que a formação de cristais de gelo, pelo que as

consequências serão muito mais intensas. Este método tem sido muito discutido a nível

internacional por se considerar que os seus resultados apresentam uma fraca correlação

com o comportamento dos agregados em obra (Bauer, 1987), mas nenhum dos métodos

preconizados para determinar a resistência à congelação de um agregado dá indicações

exactas sobre o comportamento desse agregado no betão sujeito a condições reais de

alternância de temperaturas negativas e positivas. De facto o agregado está rodeado de

pasta de cimento, o que condiciona o seu comportamento e também a taxa de variação

da temperatura que se verifica realmente é muito diferente da dos ensaios. Além disso,

em geral não é conhecido o teor de humidade que o agregado ou o betão tem ao baixar a

temperaturas negativas, pois a distribuição de água no seu interior depende do local da

construção no qual se encontram esses materiais.

Assim os resultados destes estudos da resistência à congelação e descongelação

são resultados aleatórios, quer se trate de betão ou de agregado e, na realidade

constituem ensaios de recepção e servem, sobretudo, para verificar se há variação na

qualidade do agregado, quando já se conhece bem o seu comportamento no betão

colocado no ambiente real.



152

De qualquer modo e segundo a normalização portuguesa, de acordo com a

especificação E 373, "INERTES PARA ARGAMASSAS E BETÕES.

CARACTERÍSTICAS DE CONFORMIDADE", este ensaio deve ser realizado quando

o betão fabricado com os agregados em questão, está sujeito a ambientes em que a

temperatura pode atingir com frequência valores inferiores a –5oC ou se pretendem

obter betões de elevada resistência à penetração de cloretos, limitando-se o valor da

perda, em peso, por desagregação pelo sulfato de sódio (SO4Na) em 10% e da perda

em peso pelo sulfato de magnésio em 15%.

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