PCEDII - Betão Projectao

Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Departamento de Engenharia Civil

Processos de Construção e Edificações II

BETÃO PROJECTADO

Ano Lectivo 2008/2009 – Semestre de Inverno

Turma: LC31D

Docente: Eng.º Sérgio Bruno Martins Oliveira

Trabalho realizado pelo aluna

Raquel Alexandra Tomás Costa Cabrita; n.º 22959

Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Betão Projectado

Índice1 Introdução 3

2 História 4

3 Metodologia associada ao betão projectado 7 3.1 Método de projecção por via seca 7 3.2 Método de projecção por via húmida 9 3.3 Betão projectado por via seca, por via húmida…ou ambos? 10 3.3.1 Vantagens 10 3.3.2 Desvantagens 11

4 Constituintes básicos do betão projectado 13 4.1 Cimento 13 4.2 Adições 13 4.3 Agregados 14 4.4 Adjuvantes 15

5 Formulação de composições - noções gerais 17 5.1 Principais diferenças entre as composições dos betões projectados e as dos betões convencionais 17 5.2 Formulação de composição de betão projectado 18 5.2.1 O intercâmbio, o trabalho perfeito 18 5.2.2 Ensaios experimentais “in-situ” 19 5.2.3 Dados essenciais base 19 5.2.4 Fusos granulométricos para a composição de agregado 20 5.2.5 Continuidade da curva granulométrica 21 5.2.6 Diâmetro máximo do agregado 21 5.2.7 O teor de água de amassadura 21

6 Betão projectado com fibras 23

7 Meios Humanos, técnicas e cuidados 25 7.1 Meios humanos – o operador de projecção 25 7.1.1 As tarefas do operador de projecção 25 7.1.2 Os elementos da equipa de projecção 26 7.2 Aplicação do betão projectado 26 7.2.1 A máquina de projectar e os meios de projecção 26 7.3 Técnicas e Procedimentos 27 7.3.1 Operação da agulha 27 7.3.2 Projecção sobre armaduras 30 7.3.3 Constituição de camadas 32

8 Controlo e Testes de qualidade 33 8.1 Testes de pré-construção 33 8.2 Controlo de qualidade 33 8.3 Remoção das amostras “carotes” 34 8.4 Métodos de teste 34 8.5 Painéis e amostras de teste 35

9 Saúde e Segurança 36 9.1 Equipamentos de Protecção individual 36 9.2 Ambiente de trabalho 36 9.3 Eliminação de desperdícios 36

10 Aplicações do betão projectado 37

11 Fornecedores e Custos 39 11.1 Custos de betão projectado 40

12 Conclusão 41

13 Bibliografia 42

14 Anexo I 43

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1. Introdução

As actuais exigências do sector da construção para a execução dos mais diversificados tipos de empreendimentos

têm encontrado a resposta adequada no recurso ao betão como material de construção, seja na sua vertente

puramente estrutural, seja nas suas aplicações como elemento de enchimento, revestimento ou até decorativo.

Contudo, no vasto contexto das suas variantes tecnológicas, o betão projectado surge hoje em dia como uma das

alternativas mais interessantes para a realização de muitas obras.

Decidi abordar como tópicos mais relevantes um pouco do percurso histórico e evolução deste material,

metodologia de produção, constituintes básicos, requisitos inerentes à composição do betão projectado, questões

relativas às aplicações em obra, o respectivo controlo de qualidade, meios humanos, técnicas e cuidados a atender

na projecção de betão.

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2. História

Os primeiros anos do século XX foram prósperos em invenções geniais que permitiram melhorar substancialmente

a nossa qualidade de vida. Contudo, apenas algumas se mantiveram na sua forma “original” durante quase 100

anos…

O betão projectado não é um processo de aplicação do betão recentemente desenvolvido, pois já tinha idealizado

pelo Dr. Carl Ethan Akeley, em 1895. Akeley, escultor naturalista do “Field Museum of Natural Scoience” de

Chicago, desenvolveu esta fantástica descoberta quando procurava um processo prático e eficiente para a

recriação de animais pré históricos, utilizando argamassas.

Fig. 1 – Dr. Carl Ethan Akeley.

Em 1907, Carl Akley cria e fabrica a primeira máquina para projecção de argamassas secas, baptiza-a de “Cement

Gun” e apresenta-a no “Cement Show” em Nova Iorque no ano de 1910. Era uma máquina fácil de operar e cuja

força de projecção era obtida a partir do impulso induzido por ar comprimido na argamassa seca, permitindo o seu

rápido escoamento ao longo das mangueiras de transporte e a sua aplicação nas superfícies a betonar. Esta

descoberta, que ocorre nos primeiros anos do despertar do interesse da sociedade pelo cimento e pelo betão,

revolucionou os trabalhos de construção mineira e de contenção de solos, bem como a construção em geral.

Devido à sua originalidade e versatilidade, a máquina e o processo de aplicação denominado “Gunite” traduzem-se

num sucesso imediato. Em 1915, este novo método de aplicação atravessa o Atlântico e, devido à sua enorme

utilidade como processo construtivo, floresce ao longo dos anos 20, 30 e 40, em todos os centros industriais do

mundo. Em 1950, formam distribuídas em diferentes projectos espalhados por 120 países, aproximadamente 5000

“Cement Gun”.

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Fig. 2 – A “Cement Gun” de Akeley.

Durante este período, o “Gunite” ganha a confiança das empresas de construção e dos donos de obra. Metade das

máquinas produzidas são utilizadas na edificação de fundições, chaminés de grande porte, refinarias, etc. A outra

metade é aplicada na construção de reservatórios públicos de abastecimento de água, trabalhos de reparação de

estruturas de betão, protecção de estruturas metálicas, contenção de solos, protecções refractárias, etc.

Terminada a II Guerra Mundial, o mundo deparou-se com profundas alterações ao nível social, económico e

político. A mudança virou norma. Surgem novos modelos de máquinas de projectar, com características de

funcionamento bem distintas das da máquina de dupla câmara de Akeley. A máquina de rotor Meyco GM 57 da

casa de Meynardier, a bowl-type de Frank Reed, a Micon rig de dupla câmara munida de dispositivo de mistura e

de abastecimento continuo, introduzida por Jack Ridley e a screw-type BS 12. Todas eram de fabrico norte-

americano.

Fig. 3 – “Meyco GM 57 rotor type machine”.

Fig. 4 – “Bowl type gum” developed Frank Reed.

Fig. 5 – “Micon rig” introduced by Jack Ridlev.

Fig. 6 – “Screw Type gun” (Spribag BS-12, around 1950).

Nesta mesma ocasião a marca europeia Aliva apresenta a sua versão da máquina rotor. A aplicação do rotor

permitiu duas vantagens relativamente à “Cement Gun” (máquina de dupla câmara), que dominou os trabalhos

de projecção durante meio século: maior capacidade de produção e maior facilidade de introdução nas misturas de

agregados de maiores dimensões. Estavam abertas as portas para o aparecimento do betão projectado por via

húmida, dado que até então apenas eram utilizadas misturas secas na projecção.

Apresenta-se em baixo uma síntese cronológica dos aspectos essenciais patentes na evolução histórica do betão

projectado, nos seus primeiros 100 anos de idade.

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1895 – Há 111 anos, o Dr. Carlton Akeley, escultor e naturalista do Field Museum of Natural Science em Chicago, USA, procurava um processo alternativo para a concepção de animais pré-históricos com argamassas…

1907 – Assim, em 1907, Akeley criava a primeira máquina capaz de projectar uma mistura seca de argamassa – a “Cement Gun”. A ideia singular de aplicação de argamassas a alta velocidade sobre superfícies foi um enorme sucesso. Estava descoberto o método de projecção pneumática do betão de mistura seca

1915 - O processo é melhorado pela Cement Gun Company. Akeley regista a argamassa projectada como "Gunite".

1920 - A máquina de Akeley é patenteada na Alemanha. O betão projectado é utilizado nos EUA, com o intuito de aumentar a resistência dos túneis ao fogo (betão refractário)

1930 - O termo shotecrete é introduzido pela American Railway Engineering Association.

1940 - O agregado grosso é introduzido pela primeira vez nas misturas projectadas.

1945 - Adopção do termo shotecrete pelo American Concrete Institute

1950 - Em 1950, o número de máquinas espalhadas por mais de 120 países ascendia a 5000 unidades.

1954 -O Eng. Anton Brunner substitui as estruturas de aço e de madeira por betão projectado num túnel na Runserau Power Plant.

Na década de 50, verifica-se desenvolvimentos técnicos importantes nas máquinas de projecção, com o aparecimento das máquinas de rotor da Meynardier (Meyco) e da Aliva e a MiCon rig de Jack Ridley (dupla câmara, de abastecimento contínuo)...Com a invenção da máquina de rotor estava aberta a porta para o betão projectado por via húmida.

1965 - Na mina Bolliden, situada na Suécia, o betão projectado é um elemento estrutural por excelência.

1970 - Primeiro caso prático da utilização de fibras metálicas - US Army Corps of Engineers.

1975 - Os noruegueses descobrem os benefícios da micro-sílica no betão projectado.

1980 - A micro-sílica é utilizada pela primeira vez na América do Norte (Vancouver).

1994 - É utilizado o primeiro acelerador de presa isento de álcalis.

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3. Metodologia associada ao betão projectado

O betão projectado consiste numa mistura de agregados, cimento e água, transportada ao longo de uma

mangueira e projectada a partir de uma lança sobre uma superfície, de modo a conceber uma massa densa e

homogénea. A projecção é realizada recorrendo ao auxílio de ar comprimido. Ao betão projectado são ainda

normalmente adicionados a adjuvantes, adições e fibras.

A força com a qual o betão é projectado permite a sua adequada compactação, contribuindo para a obtenção de

características adequadas de resistência mecânica, compacidade, redução da retracção e de aderência à

superfície a betonar. Esta mesma força traduz-se, contudo, em perdas (“rebound”) mais ou menos variáveis, em

função do estado da superfície de recepção, do equipamento de projecção, da composição estudada, do ângulo de

projecção, etc. O betão projectado pode apresentar vantagens relativamente ao betão convencional, quer por

necessidades intrínsecas à morfologia da obra, quer por razões financeiras. Pode oferecer mais valias em:

situações em que a utilização da cofragem conduza a custos proibitivos ou impraticáveis; áreas de difícil acesso;

concepção de peças de espessura reduzida ou variável; ou simplesmente em circunstâncias nas quais a colocação

e compactação do betão segundo os métodos tradicionais sejam menos praticáveis. De um modo geral, o betão

projectado constitui, a única ou pelo menos a melhor solução para trabalhos de reparação ou reforço de estruturas

de betão armado, trabalhos subterrâneos e em todos os casos que a peça ou estrutura apresente formas

irregulares e complexas que dificultem a execução dos moldes.

Dependendo dos instantes em que as adições de água e de ar comprimido são efectuadas e, também, da

consistência do betão, distinguem-se dois métodos ou processos:

via seca

via húmida.

3.1 Método de projecção por via seca

Consiste numa mistura pulverulenta (seca ou ligeiramente húmida, devido à humidade dos agregados) de cimento

e agregados. Neste processo, a mistura é introduzida numa máquina adequada, pressurizada e conduzida ao

longo de uma mangueira flexível dotada de uma lança (nozzle). Nesta lança é adicionado um spray atomizado de

água, para hidratação do cimento e obtenção de uma consistência adequada. Assim, como já referido, o fluxo

contínuo de materiais é projectado a alta velocidade de encontro à superfície a betonar, sendo o material

compactado pelo impacto.

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Figura 7 – Esquema do processo de projecção por via seca (tipo)

A mistura pode efectuar-se “in-situ”, recorrendo ao auxilio de equipamentos para medição dos constituintes (em

peso ou em volume); ser fornecida a partir de centrais de betão pronto; ou fornecidas em sacos “Big-Bag” ou ainda

em cisternas e armazenada em silos. Em Portugal, o mais comum é a segunda situação. Apenas em pequenos

trabalhos realizam-se as misturas na obra.

A utilização de misturas ligeiramente húmidas (2 a 6% de água relativamente ao peso seco dos agregados) tem

vantagens relativamente às secas:

redução do volume de poeiras libertadas durante a operação de abastecimento da máquina de projecção e

durante a descompressão dos alvéolos na máquina de rotor;

redução de emissão de poeiras na lança;

diminuição da velocidade de desgaste, por fricção, das peças em contacto directo com a mistura,

principalmente no caso das máquinas de rotor;

diminuição da velocidade de enchimento dos alvéolos do rotor, com a subsequente redução dos riscos de

obstrução no dispositivo de saída da máquina;

melhor homogeneização entra a mistura e o fluxo de ar comprimido.

É aconselhável a utilização de misturas ligeiramente humedecidas, contudo o seu prazo de utilização é fortemente

reduzido. Quando utilizados aceleradores de presa em pó, estas devem ser aplicadas o mais rapidamente

possível, de modo a evitar obstruções nas tubagens.

A adição do spray atomizado na lança, designada por fase de pré-molhagem, é realizada a uma distância da ponta

da lança, concordante com o diâmetro interior da tubagem de transporte. Esta distância muitas vezes é

determinada empiricamente e resulta da experiência das empresas nos diversos trabalhos de projecção.

Constituintes do betão à saída da lança:

ar

água

elementos sólidos: cimento; agregados e eventualmente adições e fibras.

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Na chegada ao suporte, os constituintes projectados comportam-se de diferentes maneiras:

inicialmente (começo da projecção), enquanto não se forma uma camada de elementos finos (cimento +

água) os agregados grossos são rechaçados;

criada esta camada de pasta de cimento e, à medida que a projecção continua, os elementos grossos

passam a incrustar-se na pasta e a permitir a adequada compactação do betão.

3.2 Método de projecção por via húmida

Existem duas variantes de projecção por via húmida: fluxo diluído e fluxo denso. Ambas consistem na introdução,

numa máquina adequada, de uma mistura composta por cimento, agregados, água, adjuvantes e possivelmente

algumas adições. As misturas provêem, geralmente, de centrais de betão pronto.

Fluxo diluído – o fluxo diluído agrega certas propriedades dos métodos de projecção por via seca e por via

húmida e permite a utilização de betões de maiores consistências, normalmente associadas a betões não

bombeáveis (S2), embora seja muito frequente a utilização, neste tipo de projecção, de betões de classe de

consistência S3. Este tipo de aplicação implica maiores distâncias entre o suporte e a lança, pelo que promove

maior rechaço e emissão de poeiras. Contudo, não é tão exigente como a projecção de fluxo denso no respeitante

à quantidade, qualidade e tipos de finos, volume de pasta e teor de ar, elementos base para uma adequada

bombagem. A mistura é impulsionada mediante injecção de ar comprimido no equipamento de projecção,

enquanto na lança é adicionado ar e acelerador de presa.

Fig. 8 – Esquema do processo de projecção por via húmida – fluxo diluído (tipo).

Fig. 9 – Estação de Salgueiros do Metro do Porto – Betão projectado via húmida – (fluxo diluído).

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Fluxo denso – neste método, a máquina de projectar não é mais do que uma bomba de betão. O ar comprimido,

para projecção do betão a alta velocidade, é exclusivamente introduzido na lança, assim como o acelerador de

presa. As misturas de betão a aplicar são utilizadas com consistências S3 e S4.

Constituintes do betão à saída da lança (fluxo denso):

• ar;

• porções intermitentes de betão (o betão é bombeado);

• adjuvantes.

Na chegada à superfície, a massa de betão bombeada reconstitui-se por fusão das porções intermitentes, sob o

efeito conjugado do ar comprimido e do adjuvante acelerador de presa (promove o “endurecimento” quase

instantâneo do betão).

Fig. 10 – Esquema do processo de projecção por via húmida – fluxo denso (tipo).

3.3 Betão projectado por via seca, por via húmida…ou ambos?

Os dois métodos têm as suas vantagens e desvantagens, e a escolha de um ou de outro dependerá de:

tipo de trabalhos;

qualidade final exigida para o betão;

natureza do suporte;

densidade de armaduras;

acessibilidades e morfologia da obra;

exigências em matéria de segurança;

prazos, cadência de produção…

3.3.1 Vantagens Via seca

sendo a mistura seca, não existem problemas relacionados com a manutenção de trabalhabilidade.

Apenas têm de ser tomados cuidados com a contaminação pela humidade. No caso de misturas

ligeiramente húmidas, estas devem ser aplicadas o mais rapidamente possível;

permite o transporte do betão ao longo de tubagens com comprimento elevado;

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geralmente, salvo em trabalhos mais delicados, não necessita de estudos de composição atentos a

características de pormenor;

para a operação dos equipamentos, vulgarmente, não requer técnicos elevadamente qualificados;

os custos associados à limpeza de equipamentos assumem menores proporções.

Via húmida (fluxo denso)

menor emissão de poeiras – melhoria substancial do ambiente de trabalho;

menor quantidade de rechaço;

maior rendimento de projecção;

possibilidade de execução de camadas de projecção de maiores espessuras;

o produto final obtido apresenta uma qualidade moderada a elevada;

obtenção de resistências à compressão superiores (as dosagens de acelerador devem, contudo, ser

atentamente monitorizadas), apresentando menor dispersão. Todos os constituintes, com excepção do

adjuvante acelerador de presa, são pré-misturados;

a razão água/cimento ou água/ligante é mais precisa;

maior facilidade de incorporação de fibras, assim como novos adjuvantes;

menor desgaste dos equipamentos de projecção, implicando redução de custos de manutenção

associados.

3.3.2 Desvantagens

Via seca

maior emissão de poeiras;

maior quantidade de rechaço;

as camadas de projecção obtidas são de espessura limitada;

menor rendimento de projecção;

as camadas de projecção apresentam menor aderência entre si;

a qualidade final do betão é moderada;

obtêm-se tensões de rotura à compressão de menor valor, acompanhadas de grande dispersão de

resultados;

para o mesmo trabalho, apresenta valores de razão água/cimento muito variáveis. A adição de água é

controlada pelo porta lança;

maiores custos de manutenção dos equipamentos, devido ao maior desgaste das peças em contacto com

o betão.

Via húmida (fluxo denso)

o tempo durante o qual o betão permanece trabalhável é limitado. Pode ser incrementado mediante

escolha criteriosa do adjuvante, ou recorrendo a adjuvantes controladores da hidratação;

apenas permite comprimentos de linha de bombagem com máximo de 300 m;

exige elevado valor na formulação das composições;

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exige equipas de trabalho elevadamente qualificadas, nomeadamente o porta lança (nozzleman) ou

operador do braço robot;

acarreta maiores custos associados à limpeza de equipamentos.

Ao compararmos os dois processos e as suas vantagens e desvantagens, podemos inferir que o método por via

seca é mais adequado a aplicações de pequeno volume (ex: reparações) e a condições muito especiais

(situações que implicam grandes extensões de linha de bombagem, repetidas interrupções, etc.), enquanto o

método por via húmida deve ser utilizado nos trabalhos mineiros e de contenção de solos.

4. Constituintes básicos do betão projectado

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Tal como nos processos tradicionais de colocação e compactação do betão, o betão projectado deve cumprir com

os requisitos necessários às boas práticas da construção. As exigências comuns a todos os tipos de betão

(consistência; razão água/cimento, tensão de rotura; requisitos de durabilidade, etc.) devem também ser

observadas e cumpridas neste processo alternativo da colocação do betão.

4.1 Cimento

Para os trabalhos de projecção é recomendável a utilização de cimentos do tipo I e das classes 42,5 ou 52,5,

concordantes com o especificado na norma NP EN 197-1.

De acordo com a EFNARC, nomeadamente o documento “Guidelines” de 1999, o conteúdo mínimo de cimento a

utilizar nas misturas de betão projectado varia em função do processo de aplicação e deverá assumir os seguintes

valores:

via seca – 350 a 450 kg/m³;

via húmida – 400 a 500 kg/m³.

Contudo, a quantidade de cimento e o seu tipo devem obedecer ao preconizado na NP EN 206-1:2007, no

respeitante à agressividade do meio envolvente.

A nova norma para o betão projectado; EN 11487-1:2005, indica uma dosagem mínima de cimento de 300 kg/m³.

Relativamente ao conteúdo de cimento convém referir que a menores dosagens corresponderão:

um maior “rebound” (rechaço);

maiores quantidades de adjuvantes aceleradores de presa, provocando quebra das tensões de rotura

finais e;

menores rendimentos de produção.

Um dos factores determinantes para o sucesso da aplicação do betão projectado é a reacção cimento-acelerador.

Assim, deverão ser efectuados testes preliminares com diferentes cimentos e aceleradores, no intuito de encontrar

a melhor simbiose.

4.2 Adições

As adições são vulgarmente utilizadas no betão projectado, contudo devem ser avaliados os efeitos substituição do

cimento por estas, tanto no betão fresco como no endurecido.

Na tabela seguinte, retirada do documento EFNARC: European Specification for Sprayed Concrete, de 1996, estão

indicadas as dosagens máximas de utilização de adições sobre o peso total do ligante.

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Fig. 11 – Quadro 5.3.1 da “European Specification for Sprayed Concrete” – EFNARC.

Em Portugal e de acordo com os documentos normativos vigentes, a quantidade de adições deve respeitar o

indicado na especificação do LNEC E 464:2005.

4.3 Agregados

A sua função principal, tal como no betão corrente, é garantir uma maior estabilidade dimensional do betão,

durante o estado fresco e na fase de endurecimento, assim como reduzir o seu custo.

No betão projectado, a qualidade dos agregados assume um papel preponderante, estando directamente ligada à

performance do betão nos seus dois estados.

A distribuição granulométrica dos agregados (em massa) a utilizar na mistura do betão, dever-se-á se situar dentro

dos fusos indicados na Fig. 12, quer se trate de uma projecção por via seca ou via húmida.

Fig. 12 – Fuso granulométrico preconizado pela EFNARC.

Nas misturas secas, o teor de humidade dos agregados deve ser o mais uniforme possível e não deve exceder o

valor de 6% (EFNARC – Guidelines: 1999).

O número de partículas com dimensão superior a 8mm não deve ultrapassar os 10% da quantidade total de

agregado (EFNARC – Guidelines: 1999), de modo a minimizar o “rebound “, os estragos no betão pré-aplicado

(formação de crateras) e dificuldades de preenchimento.

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O conteúdo de passados no peneiro 0,125mm não deve ser inferior a 4-5%, nem superior a 8-9%. Um défice de

finos provoca segregação e má lubrificação, com o risco de ocorrência de obstruções da tubagem. Um conteúdo

elevado de finos traduz-se num betão demasiadamente coesivo.

A utilização de agregados finos britados provoca a necessidade de maiores quantidades de água de amassadura,

dificuldades acrescidas na bombagem e menores índices de compactação.

Os agregados britados devem ser seleccionados com cuidado e rigor. A presença de partículas angulosas pode

provocar dificuldades nas operações de bombagem, assim como obstruções da lança.

Os agregados devem obedecer aos requisitos indicados na especificação LNEC E 467:2006 e na norma NP EN

12620: 2004.

4.4 Adjuvantes

Para alcançar as características pretendidas no betão projectado, é essencial a utilização de adjuvantes. Os mais

comuns são: superplastificantes; plastificantes; controladores de hidratação; retardadores; agentes de bombagem;

agentes de cura (internos e externos).

A sua eficácia e dosagem adequada deverão ser avaliadas mediantes ensaios experimentais em laboratório e em

obra. A dosagem destes produtos não deve ultrapassar a máxima recomendada pelo produtor.

Os adjuvantes superplastificantes, à base de policarboxílicos, são produtos fundamentais numa composição de

betão projectado por via húmida, pois ao permitirem reduções de água de amassadura até 40%, para além de

outras propriedades, promovem os seguintes benefícios:

incremento da durabilidade;

maior e melhor manutenção da trabalhabilidade;

início de presa menos demorado;

melhores resistências iniciais;

melhores resistências finais;

redução do “rebound”;

redução do consumo dos aceleradores de presa.

Os aceleradores de presa são, também, produtos indispensáveis no betão projectado por via húmida, sendo os

mais comuns: silicato de sódio modificado; aluminato (sódio, potássio ou uma mistura de ambos) e os isentos de

álcalis.

Os aceleradores que contenham aluminatos e silicatos não devem ser utilizados, pois devido ao seu elevado pH>

13 são bastante agressivos, criando condições de trabalho e segurança extremamente negativas.

Os aceleradores de presa isentos de álcalis (alkali-free) oferecem as seguintes vantagens:

redução do risco de ocorrência de reacções álcalis-agregado;

melhoria significativa das condições de trabalho;

redução substancial do impacto ambiental;

menor quebra das resistências finais.

As dosagens máximas dos aceleradores aplicados no betão (sobre o peso do ligante), de acordo com a EFNARC,

devem ser concordantes com:

Aceleradores isentos de álcalis

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em pó – 4 a 8 %

líquidos – 4 a 10%

(o teor de NA2O (óxido de ferro) é limitado a 1% e o valor de pH, preferencialmente, dever-se-á compreender entre

2,5 e 8)

Aceleradores contendo álcalis

em pó – 4 a 8%

líquidos – 4 a 12%

No ANEXO I deste documento, apresentam-se as fichas técnicas de 4 tipos diferentes de adjuvantes de betão, como exemplo.

5. Formulação de composições – noções gerais

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Nos últimos anos, principalmente com o surgimento de novos constituintes e requisitos, quer por razões relacionadas com a minoração do impacto ambiental, intimamente ligadas à gestão de recursos naturais, quer pelo tema central de economia, a “optimização”, a formulação de composições de betão tem-se tornado cada vez mais complexa. Para além dos constituintes clássicos, cimento e agregados, temos assistido à incorporação generalizada de adições minerais (cinzas volantes, fíler calcário, escórias, microssílicas, etc.); de adjuvantes orgânicos, creditados de uma multiplicidade de funções; de fibras (metálicas, sintéticas e minerais); etc. Todos estes elementos constituintes, associados a aspectos que cada vez mais merecem a nossa atenção, tal como a reologia do betão fresco e a durabilidade, aspectos que por sua vez são marcados pelos constituintes, têm projectado o estudo dos betões para além da consistência e da resistência à compressão. Com efeito, nos dias de hoje, para formular uma composição de betão, temos noção da existência de um mais vasto número de variáveis. Talvez um dia consigamos descobrir e definir rigorosamente a matriz do betão, tal como o fizemos com o genoma humano.Desde o cimento de John Smeaton (1756), da invenção do cimento artificial por Luís Vicat (1817) e do processo de produção industrial do cimento Portland por Joseph Aspdin (1824), têm surgido diversos métodos de cálculo de composições de betão. Os da primeira metade do século XX: Fuller, Bolomey, Abrams, Faury, Vallette e Joisel, assim como os mais recentes: Deux-Gorisse e o de François de Larrard e Thierry Sedran, que serve de base ao programa de cálculo automático BetonLabPro2 do LCPC (Laboratoire Central de Ponte t Chaussées).Não nos podemos esquecer de outros grandes pioneiros como Rondelet, Préaudeau, Paul Alexandre e Feret, assim como dos nossos grandes portugueses, António Sousa Coutinho, Joaquim Sampaio e Jorge Lourenço. Devido aos trabalhos de investigação sobre o betão ao longo de mais de 150 nos, à aplicação dos métodos de cálculo, à experiência obtida pelos produtores e aplicadores de betão e à constante análise da adequação dos betões produzidos às diferentes pecularidades dos elementos construtivos, presentemente, podemos adequar mais facilmente, tanto o comportamento do betão fresco como do betão endurecido aos elementos a edificar.

5.1 Principais diferenças entre as composições dos betões projectados e as dos betões convencionais (moldados)

Devido ao processo de aplicação e à metodologia construtiva a ele associada, os betões projectados apresentam composições e constituintes que os permitem facilmente destrinçar dos betões moldados correntes:

A dimensão máxima do agregado dever-se-á situar entre os 8 a 10 mm, enquanto que no betão moldado corrente esta dimensão atinge os 25mm. Na constituição de camadas de espessura reduzida (trabalhos de reparação, por exemplo), a dimensão máxima do betão projectado poderá ser menor e ajustada ao trabalho a realizar.

A relação entre a quantidade (em massa) de agregado fino e a de agregado grosso (AF/AG)é da ordem de 2; no betão convencional é, regra geral, inferior a 1.

Os valores da razão água/cimento ou água/ligante (a/c ou a/l) situam-se no intervalo de 0,50 a 0,40. Valores a que correspondem, normalmente, os betões moldados das classes de resistência C30/37 a C50/60, para uma dimensão máxima do agregado de 25 mm e incorporando o cimento II/A-L42,5 R.

Enquanto nos betões moldados mais comuns em Portugal, C20/25 e C25/30, é corrente a utilização de adjuvantes plastificantes à base de linhosulfonatos, nos betões projectados por via húmida é indispensável a utilização de superplastificantes à base de policarboxílicos.

É frequente e quase sempre imprescindível, <principalmente nos trabalhos de construção mineira, a utilização de adjuvantes aceleradores.

As dosagens de cimento e ou ligante são vulgarmente superiores a 400kg/m3 de betão. Exceptuando-se alguns betões destinados a trabalhos de pequena importância, ou alguns betões projectados por via seca. As dosagens de ligante empregues correspondem assim às utilizadas nos betões convencionais de classe de resistência C35/45 ou superior.

O teor de ar do betão fresco a projectar (via húmida) é superior ao do betão fresco convencional; não só devido à utilização de agregados de menor dimensão, mas também devido ao seu incremento propositado, quer recorrendo à incorporação de simples adjuvantes introdutores de ar quer de superplastificantes detentores dessa acção.

Após a projecção, a composição presente no substrato, excepto quando realizada na vertical e para baixo, é diferente da introduzida na máquina de projecção, devido principalmente à perda de partículas mais graúdas durante a aplicação. Segundo a AFTES (Association Française dês Tunnels et de L’Éspace

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Souterrain) este incremento situa-se entre os 10 a 20% ou até mais (valores médios para camadas de 7cm de espessura).

Fig. 13 – Valores das pedras por rechaço, segundo o quadro 8.1 do “Guide to Shotcrete” – ASI 506R-90.Estes valores poderão

ser superiores, em função da qualidade do betão projectado e da experiência da equipa de projecção.

5.2 Formulação de composições de betão projectado

Para a formulação das composições dos betões moldados são vários os métodos de cálculo desenvolvidos. Na

concepção do betão projectado não dispomos contudo, destas brilhantes ferramentas e, apenas, podemo-nos

socorrer de fusos granulométricos recomendados para a mistura de agregados; preconizados por diferentes

organismos e da essencial experiência obtida ao longo de dezenas de anos de produção de betões moldados.

Mais à frente, procederemos à apresentação de alguns deles, cujo mais generalizado na Europa é, provavelmente,

o da EFNARC (European Federation for Producers and Applicators of Specialist Building Products).

5.2.1 O intercâmbio, o trabalho perfeito

As composições dos betões projectados criam-se e aperfeiçoam-se a partir de um intercâmbio importante entre o especificador, o formulador, o produtor e o aplicador.

Fig. 14 – Diagrama do intercâmbio entre o especificador, o formulador, o produtor e o aplicador.

Só a partir desta permuta será expectável o alcance das tão desejadas performances do betão. Esta troca frutífera permite que todas as peças da engrenagem se adaptem e ajustem, surtindo um betão adequado aos requisitos técnicos e económicos, garantindo a satisfação dos intervenientes e do utilizador final.

5.2.2 Ensaios experimentais “In-Situ”

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Será fácil compreender que as composições estudadas, previamente à sua aplicação, deverão ser submetidas a testes experimentais “in-situ”, os quais nos poderão revelar informações sobre: a facilidade de aplicação do betão; a concordância com as características especificadas; a capacidade técnica da equipa de aplicação; a adequabilidade do equipamento de projecção; etc.

Os ensaios experimentais dever-se-ão realizar o mais próximo possível das condições futuras do local de aplicação. Caso não seja praticável, o formulador deverá munir a sua composição de características que possam precaver essas situações. O pessoal, os equipamentos de projecção, o equipamento de produção e os constituintes do betão deverão ser preferencialmente os mesmos que se utilizarão no desenrolar da obra.Em relação ao betão projectado, nunca nos poderemos esquecer que a qualificação da equipa de trabalho é crucial, pelo que o sucesso da empreitada está directamente relacionado com ela.

Mediante o exposto, poderemos concluir que ao formulador das composições de betão projectado competirá a árdua tarefa de criar uma composição capaz de atender à tecnologia a empregar em obra. Ou seja, o tipo de equipamento e suas características e especificidades técnicas; a qualificação dos operadores e dos diferentes intervenientes; a morfologia da obra a executar e mesmo as condições ambientais que se farão sentir durante os trabalhos de projecção.

Resumidamente, poderemos afirmar que a composição deve atender não só aos aspectos relacionados com as características mecânicas e de durabilidade, mas também deve apresentar boa “projectabilidade”.

5.2.3 Dados essenciais de base

Os dados essenciais de base para o estudo da composição são em tudo semelhantes aos que nos poderão ser solicitados referentemente ao betão moldado. No esquema abaixo apresenta-se os requisitos técnicos que poderão ser solicitados para o betão fresco, para o endurecido, ou para ambos.

5.2.4 Fusos granulométricos para a composição de agregado

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Não será, seguramente, por falta de indicações relativas à composição da mistura dos agregados que deixaremos de formular uma composição. Contudo, deveremos ser capazes de criticar as informações dadas por estes fusos e conhecer o contexto e a envolvente em que foram criados, pois nem sempre se adequarão ao fim a que desejamos, sendo difícil que abracem a multiplicidade de particularidades do betão projectado. Assim, se o resultado final da nossa composição não for o melhor, não será provavelmente da responsabilidade do fuso, mas sim porque um ou mais pormenores nos escaparam. Não poderemos esquecer que, nos dias de hoje, principalmente com os avanços importantes da indústria química, dispomos de adjuvantes capazes de proporcionar a uma mesma mistura de agregados e cimento características tão distintas de reologia, compacidade e de resistência mecânica, para além de outras propriedades tão importantes como o tempo durante o qual a mistura permanece trabalhável, o principio de presa, etc.

Apesar da existência de diferentes fusos granulométricos, apenas apresentamos três: o da EFNARC; os do ACI e os da AFTES. As razões que nos levam a apresentar estes fusos prendem-se com a generalização da utilização do fuso EFNARC no continente Europeu; os AFTE, expomos por três razões principais: a generalização da sua utilização em França; por apresentar um fuso granulométrico referente à mistura do cimento mais os agregados (dado tão importante…) e por uma razão tão simples quanto relevante para nós: o facto de ter origem no pais que se assume como o berço do betão armado e de grandes sábios do betão.

Gráfico 1 – Fuso EFNARC – Agregado.

Gráfico 2 – Fusos AFTES – Agregado:Cimento.

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Gráfico 3 – Fusos ACI – Agregado.

Com efeito, estes fusos são importantes ferramentas, mas nunca devemos esquecer a “projectabilidade”, os ensaios “in-situ”, a tecnologia a aplicar em obra, etc.

5.2.5 Continuidade da curva granulométrica

Princípio importante, que devemos reter relativamente à curva granulométrica final do betão, é que esta deverá ser a mais continua possível. As razões para esta continuidade prendem-se com a facilidade de projecção da mistura, sem interrupções por obstrução da tubagem e ou da lança e com a maior compacidade das camadas de betão obtidas.

5.2.6 Diâmetro máximo do agregado

De modo a minimizar o risco de obstruções da tubagem e da ponteira, a dimensão máxima do agregado deverá ser:

Via seca ≤ menor Ø da tubagem × 0,4; Via húmida ≤ menor Ø da tubagem / 3.

A dimensão máxima do agregado deverá ser função da aplicação, da espessura das camadas a projectar, do tipo dos trabalhos, etc. Na prática, o número de partículas com dimensão máxima superior a 8mm não deverá ser superior a 10%. Correntemente, são cada vez mais comuns os betões projectados que apresentam dimensões do agregado não superiores a 8mm.

5.2.7 O teor de água de amassadura

A dosagem de água na composição do betão é o factor que deveremos determinar com mais minúcia. O cálculo da quantidade de água de amassadura é um exercício que se poderá tornar complicado, estando associada a diferentes parâmetros: dosagem, finura e hidratação do cimento; finura, superfície especifica, porosidade, coeficientes de forma e achatamento dos agregados; consistência desejada…

No processo por via húmida, a dosagem de água, para além do papel associado à hidratação do cimento, é também primordial na obtenção da tão desejada característica de “projectabilidade”. Quantas vezes somos tentados a reduzir um pouco mais de água, com a melhor das intenções, recorrendo ao aumento da dosagem do adjuvante, e o resultado final surte desadequado. Efectivamente, para cada equipamento de projecção e para determinado conjunto de constituintes, haverá uma quantidade mínima de água de amassadura a utilizar.

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No processo por via seca, ela também é fundamental não só para a hidratação adequada do cimento, mas também para a obtenção de camadas de projecção de óptima compacidade, pelo que o débito da água adicionada deverá ser rigorosamente controlada.

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6. Betão projectado com fibras

Por assumirem cada vez mais um papel de destaque no betão, não lhes podemos ficar indiferentes, pelo que temos de efectuar algumas sucintas referências aos cuidados na formulação das composições dos betões projectados com fibras.As fibras utilizadas no fabrico de betões podem ser classificadas segundo três grandes famílias:

Fibras minerais: vidro, carbono; Fibras metálicas: aço, inox, ferro fundido; Fibras sintéticas: poliamidas, polipropileno, acrílicas, kevlar, aramida.

As principais fibras aplicadas no betão projectado são as fibras metálicas trefiladas e as fibras sintéticas (polipropileno). As suas dosagens habituais:

Fibras metálicas – 30 a 50 kg/m3; Fibras sintéticas – 1 a 2 kg/m3.

O papel das fibras no betão é necessário e imprescindível em algumas situações. Dependendo do tipo de fibras (forma e natureza), da sua dosagem e do tipo de estrutura onde são incorporadas, a sua acção traduz-se em melhorias mais ou menos importantes de:

Coesão do betão fresco; Comportamento da deformação antes da rotura (rotura dúctil); Ductilidade e resistência pós-fissuração; Resistência ao choque, à abrasão, à fadiga....; Resistência mecânica nas idades jovens; Redução das consequências da retracção por efeito de “costura”das fissuras e microfissuras; Comportamento ao fogo; Resistência à tracção por flexão.

A introdução das fibras altera a reologia do betão fresco, diminuindo as suas características de “projectabilidade”. Adequando da formulação da composição do betão devemos ter presente que durante a projecção ocorrem perdas de fibras, as quais poderão ser mais ou menos importantes. As perdas de fibras, durante as operações de projecção, situam-se entre os seguintes intervalos:

30 a 50% no processo por via seca; 10 a 30% no processo por via húmida.

Os factores associados à sua maior ou menor perda são vários: Tipo de betão; Tipo de fibra e seu conteúdo; Tipo de projecção (método e orientação); Qualificação da equipa de projecção, etc.

No estudo da sua composição, o formulador deverá: Limitar a dimensão máxima do agregado a 10mm (se possível, é preferencial a utilização de uma

dimensão menor); Prover o betão de uma quantidade suficiente de finos ≤ 0,630mm; Verificar se a incorporação das fibras promove um incremento da água de amassadura (para a mesma

consistência).

Efectivamente, quando são incorporadas fibras, a composição do betão projectado deve ser estudada de modo a garantir o seu adequado envolvimento, assim como proporcionar a sua menor perda durante a projecção. Nem sempre, composições de betão projectado que aquando do seu estudo não previam a incorporação de fibras poderão estar aptas para a sua inclusão.De seguida e para terminar este capitulo, junta-se um quadro comparativo dos constituintes e principais características respectivas quando os processos são por via húmida ou via seca:

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Fig. 15 – Betão projectado, seus constituintes e principais características.

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7. Meios humanos, técnicas e cuidados

Neste capítulo falaremos um pouco sobre meios humanos, técnicas e cuidados a atender na projecção do betão. Falaremos da figura de destaque da projecção, abordaremos sucintamente as fases de operação das máquinas de projectar e, finalmente referiremos as principais técnicas e cuidados a respeitar neste tipo de aplicação do betão.

7.1 Meios Humanos – o operador de projecção

O alicerce de uma obra de betão projectado é, sem sombra de duvida, a componente humana. Toda a equipa afecta aos trabalhos marca, de forma vincada, todo o desenrolar e sucesso de uma empreitada. Como tal, deve ser constituída por profissionais de elevada experiência e, não menos importante, envoltos num ambiente de reconhecimento da sua valência e propício à motivação. Neste grupo de trabalhadores existe, no entanto, um que se destaca dos demais, estando a qualidade do produto final inteiramente dependente da sua perícia. Ele é o operador de projecção (“nozzleman” nos países anglófonos e “porte-lance” nos francófonos). Toda a sua arte e engenho irão determinar em qualquer trabalho, e de modo marcante, o resultado final do todo o esforço e empenho aplicados na construção. Contudo, não é só necessário que este operador tenha características próprias de genuíno artista, é também imprescindível que apresente uma elevada robustez psicológica, pois muitos dos trabalhos desenvolvem-se em locais com condições de segurança delicadas, como os trabalhos mineiros, expostos a materiais cáusticos e em ambientes totalmente imersos em poeiras oriundas da projecção. Esta verdadeira dependência verifica-se tanto no caso de projecção manual (aquela em que o operador segura directamente a agulheta) como no caso de projecção com robot.

Fig. 16 – O operador de projecção.

7.1.1 As tarefas do operador de projecção

Efectivamente, este elemento está incumbido de um variado número de tarefas, que passamos a referir: Antes de proceder ao início da projecção, deve verificar se todas as superfícies se encontram limpas e

isentas de partículas soltas. Para sua limpeza pode utilizar o fluxo de ar e de água da máquina de projecção;

Garantir que a pressão do ar comprimido é estável e adequada ao fluxo de projecção necessário; Regular a quantidade de água adicionada na agulheta (via seca), de modo a gerar um betão de

consistência apropriada à compactação e de baixo valor de ressalto. No processo por via húmida ele também é responsável por verificar se a trabalhabilidade do betão é apropriada;

Colocar a agulheta a uma distância da superfície que garanta a máxima compacidade e o menor ressalto possível;

Seguir uma sequência de projecção que proporcione um bom preenchimento dos cantos dos moldes e o mínimo de vazios na parte posterior das armaduras;

Empregar os procedimentos de projecção apropriados, não só em zonas acessíveis como em áreas que mereçam mais atenção;

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Comandar a equipa de projecção, ordenando o arranque e o término do fluxo do material. É ele também responsável por designar a interrupção da projecção quando o fluxo de betão não chega à agulheta nas melhores condições;

Assegurar que as zonas deficientemente concebidas são saneadas e alvo de novo trabalho de projecção; Assume a responsabilidade pela segurança na zona de projecção. Deve efectuar a projecção de modo

responsável, garantir o controlo total da agulheta e prestar a máxima atenção sobre as pessoas na sua vizinhança.

7.1.2 Os elementos de uma equipa de projecção

Até agora, apenas mencionámos um elemento da equipa de projecção, contudo, ela é constituída por mais elementos, estando a qualidade e valor de seu trabalho dependentes do apoio de toda a equipa. Quem são eles?

Assim, para além do operador de projecção temos: O encarregado; O operador da máquina de projecção ou do equipamento de bombagem; Operadores de acabamentos; Um ou mais auxiliares do operador de projecção.

7.2 Aplicação do betão projectado

7.2.1 A máquina de projectar e os meios de projecção

Efectivamente, a máquina de projectar deve ser escolhida criteriosamente atendendo aos trabalhos a que se destina. No mercado podemos encontrar uma panóplia de máquinas, que assentarão nas necessidades de cada um, desde as de pequeno débito, para pequenos e minuciosos trabalhos (os de reabilitação, por exemplo), ás de mais elevado rendimento, para grandes empreendimentos (taludes de auto-estradas, túneis de grandes dimensões, …).

■ Operação da máquina de projectar

- Método de projecção por via seca:

É estritamente necessária uma adequada operação da máquina, de modo a garantir um fluxo de material o mais contínuo possível e sem interrupções. Para tal, é importante prestar atenção sobre o débito de ar comprimido que é função do volume de betão a projectar. Assim evitar-se-ão as tão indesejadas obstruções das tubagens e da agulheta e perdas de betão. Uma projecção intermitente tem o inconveniente suplementar de condicionar o trabalho do operador de projecção, levando-o a que, numa tentativa de contrariar este fenómeno, incorpore na mistura uma maior quantidade de água.

A operação de uma máquina de projecção por via seca deve ser efectuada, resumidamente, de acordo com os seguintes passos:

Inicialmente, o operador da máquina procede à admissão, apenas, de ar comprimido na tubagem; Seguidamente, faz fluir, de modo lento e gradual, a mistura seca na tubagem em direcção ao operador de

projecção localizado na agulheta; Regula as quantidades de ar comprimido e de mistura seca a fornecer, de modo a garantir o escoamento

denso e continuo da mistura através da agulheta; O operador de projecção controla a quantidade de água a adicionar na agulheta, de modo a obter a

consistência desejada para a mistura; Sempre que interrompida a projecção, o operador deixa escoar, ao longo da tubagem, todo o material

adicionado até que o ar expelido saia limpo;

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Escoado todo o material, corta primeiro a adição de água e depois a de ar comprimido.

- Método de projecção por via húmida:

Neste método de projecção é também necessário que a quantidade de ar comprimido adicionada na agulheta seja função do volume de betão a aplicar, do tipo de trabalho a executar, das espessuras das camadas, do tipo de acelerador de presa utilizado, etc. Na projecção por via húmida, tal como já tivemos oportunidade de referir, não há qualquer adição de água durante a projecção, pois já foi previamente incorporada na mistura, aquando das amassaduras do betão.

As fases da operação: Primeiramente, é adicionada, na tremonha da bomba de projecção (fluxo denso) ou na máquina de rotor

(fluxo diluído), a mistura húmida fornecida a partir da central de betão pronto ou preparada em obra; A mistura é bombeada (fluxo denso) ou impelida pelo ar comprimido (fluxo diluído) ao longo da tubagem; É controlado o débito de ar comprimido a adicionar na agulheta, pelo operador de projecção; É introduzido na máquina de projecção o valor do caudal de betão desejado. Esta operação pode ser

executada pelo operador de projecção, dependendo do tipo de máquina; Iniciada a saída do fluxo de betão, o operador procede ao inicio da adição do acelerador de presa. Este

adjuvante, imprescindível nos trabalhos de projecção por via húmida, é também incorporado na agulheta; Quando interrompidos os trabalhos de projecção, o operador, primeiramente, corta a adição do acelerador

de presa, depois deixa todo o betão restante fluir na agulheta e finalmente corta a adição de ar comprimido quando todo o ar sai limpo;

Por ultimo, é efectuada a limpeza da tubagem da bomba (fluxo denso) de acordo com as regras de limpeza para este tipo de equipamento.

7.3 Técnicas e procedimentos

7.3.1 Operação da agulheta

A qualidade da operação da agulheta afecta, de forma vincada, as características finais do betão, bem como a quantidade do ressalto e percentagem dos seus diferentes constituintes. Uma projecção inadequada pode promover a inclusão do ressalto no betão projectado, minorando a sua resistência à compressão e durabilidade. A operação da agulheta é em tudo semelhante nos dois métodos de projecção, devendo-se observar a mesma atenção e cuidados. É no entanto verdade que se tratando de dois processos distintos, e com equipamentos diferentes, existem alguns pormenores que os diferenciam. Mas a que detalhes deveremos atender no manuseamento da agulheta?Vejamos alguns, em particular, tais como:

Orientação da agulheta; Distância da agulheta; Movimento de transladação da agulheta; Velocidade de projecção.

Fig. 17 – Exemplo de uma agulheta.Orientação da agulheta:

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- Superfícies planas, regra geral, o operador de projecção deve colocar a agulheta em posição perpendicular ao substrato (900). O ângulo formado pelo fluxo de betão sobre a superfície exerce influência directa sobre as características finais do betão sobre a percentagem de perdas por “rebound”. Para ângulos diferentes do referido haverá um aumento significativo do ressalto e diminuição da compactação. São exemplo deste tipo de superfícies as paredes , os taludes, os arcos de túneis, etc.

Fig. 18 – Projecção sobre superfície vertical plana.

- Superfícies horizontais( projecção vertical para baixo), quando esta se verifica de cima para baixo, como nos arcos invertidas dos túneis em pavimentos, deve-se segurar a agulheta formando um pequeno ângulo com a vertical, permitindo que todo o ressalto seja expelido para onde possa ser facilmente removido.

- Cantos, deve ser realizada direccionando a agulheta directamente para eles. Assim, é minorada a quantidade de mar«terial solto (proveniente do ressalto) aprisionado no interior do betão.

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Fig. 19 – Projecção sobre cantos.

- Camadas de grande espessura (superfícies verticais), neste tipo de trabalhos (camadas com mais de 150mm de espessura), contrariamente ao recomendado nas operações de projecção correntes, é aconselhável projectar, segurando a agulheta na horizontal e apontá-la formando um ângulo de 45 0 com a superfície. Depois desta atenção, o operador desloca a agulheta horizontalmente, de modo a que o fluxo de projecção constitua uma camada que se forma sobre ela própria. Esta é uma técnica em tudo semelhante á de betonagem de lajes ou elementos horizontais com auxilio de uma autobomba; onde a aplicação do betão é efectuada orientando a mangueira da bomba para a camada anterior de betão fresco e deslocando-a no sentido da zona previamente betonada para a área betonar. Assim, evita-se a segregação do betão e no caso do betão projectado reduz-se o ressalto ae consegue-se obter, de um modo, mais congruente, camadas de maior espessura. O ACI designa este tipo de projecção por “shelf” ou “bench”. No caso das peças verticais com elevada densidade de armaduras, um operador suplementar deverá auxiliar o trabalho de projecção, limpando constantemente a superfície das armaduras com ar comprimido.

Fig. 20 – Constituição de camadas de betão projectado de grande espessura, em superfícies verticais..

Distância da agulheta:

É a distância a que o operador de projecção mantém a agulheta da superfície, e é aquela que conduz à compactação desejada, ao envolvimento completo das armaduras e ao ressalto mínimo. Ela está, efectivamente, dependente do tipo de processo utilizado (via seca ou via húmida), do tipo de máquina empregue, do tipo de agulheta adoptada do tipo de superfície a projectar, das condições dessa mesma superfície, etc.Segundo a ASQUAPRO, a agulheta, no caso do processo por via seca, deve ser colocada a uma distância do suporte adaptada ao diâmetro interior da tubagem, geralmente assumindo os 0,60m a 1,20m. Relativamente à projecção por via húmida, sem recurso ao braço robotizado, refere que a agulheta deve ser colocada a uma distância de 20cm a 40cm (provavelmente corresponde à <projecção sem recurso a aceleradores de presa).A ACI indica distâncias compreendidas entre os 0,8m e os 1,80m.A EN 14487-2:2006 recomenda distâncias de 1 a 2 m para suportes rochosos.

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Concluindo, é importante que operador verifique na prática qual a distância que conduz aos melhores resultados. Apesar dos diferentes valores indicados em diferentes bibliografias, podemos, reflectindo um pouco sobre tudo, inferir que a distância máxima é, regra geral inferior a 2m, e que se situará no intervalo de 1 a 2 m.

Movimento de transladação da agulheta:

“Nozzle motion”O operador não deve simplesmente segurar a agulheta e apontá-la à superfície. A agulheta deve ser manuseada em posição perpendicular ao substrato e descrevendo pequenos movimentos circulares (ACI), ou elípticos (ASQUAPRO). Os movimentos elípticos devem permitir formar camadas com aproximadamente 45 a 60cm de comprimento e 15 a 25cm de largura (ASQUAPRO). O operador não deve direccionar a agulheta para o mesmo ponto durante períodos longos, pois promove o aumento do ressalto e a dificuldade no controlo da espessura da camada. Em nossa opinião, os movimentos elípticos são aqueles que permitem obter um melhor preenchimento das camadas, mas também é obvio que em zonas de menor secção só é praticável a projecção descrevendo movimentos circulares. Em qualquer um dos casos os movimentos devem ser descritos lentamente.Quando a agulheta não é devidamente operada é obvio que se formarão camadas inadequadas compactadas.

Velocidade de projecção:

A velocidade de impacto na chegada da mistura ao substrato é determinante nas propriedades finais do betão. Segundo o ACI-506R-31, para distâncias da agulheta ao substrato da ordem de 0,6 a 1,8m, no caso da projecção por via seca, a velocidade da mistura à saída da agulheta é praticamente igual à da chegada ao substrato. Para distâncias superiores, é natural que a velocidade na chegada diminua. Logo, a escolha da velocidade de projecção, em ambos os processos, tem de ser efectuada de acordo com a distância ao substrato. Não convém esquecer, contudo, que o ressalto é directamente proporcional à velocidade de projecção.Na projecção em geral, a velocidade do fluxo de material é dependente, como é possível perceber, do volume e da pressão do ar comprimido adicionado, do diâmetro e comprimento das tubagens, do tipo de agulheta, do tipo de constituintes da mistura e suas quantidades ponderadas, do tipo de máquina, etc. Como já temos vindo a referir, o fluxo de betão deve ser o mais continuo possível. Sempre que se torne irregular, o operador de projecção deverá direccionar o fluxo para fora da área de trabalho, até que este se torne uniforme.

7.3.2 Projecção sobre armaduras

Projectar sobre uma superfície plana, procurando a melhor compactação e aderência do betão é algo muito difícil e que requer atenção, dedicação e arte. Agora, se sobre essa mesma superfície colocarmos uma série de armaduras, dispostas em diferentes direcções, formando uma armação, verificaremos que essa dificuldade aumenta exponencialmente. Muitos de nós, nesta altura, estarão mesmo a pensar que será impossível envolver adequadamente todas as armaduras. Realmente, esta consideração é plena de lógica, pois na maioria das vezes só podemos efectuar a projecção numa só direcção, deixando a parte superior da armadura, que não está ao alcance do jacto de betão de da vista, descurada. Um bom operador de projecção deve ser capaz de satisfazer as preocupações anteriores com eficácia.

Então, quais são os “truques” e os restantes cuidados a respeitar para envolver as armaduras?

A ASQUAPRO diz o seguinte: Segurar a agulheta perpendicularmente à superfície, ou à sua tangente no caso de superfícies curvas; Manter a agulheta a uma distância do substrato correspondente ao tipo de máquina e à sua performance; Promover um fluxo da mistura concordante com o débito de ar comprimido; Prestar a máxima atenção sobre a quantidade de água adicionada na agulheta (via seca); Formulação criteriosa da composição do betão; Não utilizar agregados de máxima dimensão inferior a 8mm, pois os agregados grossos favorecem a

limpeza das armaduras, desincrustando as partículas soltas que vão aderindo às armaduras (contudo nunca deve ser superior a 10mm);

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A dosagem e tipo de adjuvantes utilizados devem permitir que o betão permaneça trabalhável durante o instante da projecção e envolvimento das armaduras. Este fenómeno é mais evidente no caso de utilização de aceleradores de presa adicionados durante a projecção;

Prestar especial atenção sobre os betões que contenham sílicas de fumo, pois podem proporcionar misturas muito coesivas que, eventualmente, dificultarão o envolvimento adequado das armaduras.

O ACI dá-nos, também, os seguintes dados: Segurar a agulheta mais próximo da superfície do que o normal e levemente inclinada para baixo, de modo

a permitir envolver melhor as armaduras horizontais e minimizar as perdas por ressalto (superfícies); As misturas devem ser um pouco mais húmidas do que o habitual (refere-se às misturas secas), pois a sua

maior trabalhabilidade permite um melhor envolvimento das armaduras. No entanto, quando se observar que o betão escorre por detrás das armaduras, tal se deve a um excesso de água, o qual deve ser corrigido;

Quando as armaduras apresentam pouco afastamento entre si, deve-se projectar mais do que uma em simultâneo.

Fig. 21 – Projecção sobre armaduras.

A norma EN 14487-2:2006, alerta que, quando se projecta sobre ou através de armaduras, as consequências do ressalto e os efeitos de sombra devem ser cuidadosamente ponderado, devendo ser dada atenção aos seguintes aspectos:

Assegurar que a velocidade da corrente de ar em volta das armaduras é suficiente. Esta condição é garantida colocando a agulheta a uma distância adequada e ou promovendo um jacto de ar de maior intensidade para o betão;

Efectuar um envolvimento das armaduras tão completo quanto possível, assegurando que o recobrimento requerido para as armaduras é obtido.

Prevenir uma má compactação se se projecta betão com fibras de aço sobre as armaduras.

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7.3.3 Constituição de camadas

O betão pode ser aplicado numa só ou em várias camadas, dependendo de vários factores:

1. Condições locais;2. Composição do betão;3. Direcção de projecção;4. Emprego de adjuvantes aceleradores de prés;5. Utilização de adições, por exemplo sílica de fumo;6. Uso de cimentos de presa rápida.

Como são, então, constituídas as camadas de betão projectado?

1. Cada camada é constituída passando várias vezes a agulheta sobre a superfície a betonar. Se adequado, as peças ou superfícies devem ser projectadas em toda a sua profundidade numa só camada, de forma a evitar a formação de juntas;

2. A projecção na vertical para cima deve ser realizada em camadas suficientemente espessas de modo a evitar abatimentos (normalmente 25 a 50mm de cada vez). A incorporação de aceleradores de presa na projecção permite, obviamente, conceber camadas de maior espessura;

3. No caso de projecção de paredes ou outros elementos verticais, esta deve ser realizada de baixo para cima. Na primeira camada projectada (de arranque), se possível, deve-se envolver todas as armaduras adjacentes à cofragem ou à superfície a preencher;

4. As superfícies horizontais são normalmente projectadas numa só camada, podendo, contudo, serem realizadas em mais de uma;

5. Em qualquer dos casos o betão não deve abater. Os abatimentos e outras áreas defeituosas, que passem despercebidas ou que não são eliminados, podem esconder fissuras e vazios que aumentam a vulnerabilidade do betão à penetração de água, provocam a diminuição da aderência de camadas, minoram a resistência à acção gelo-degelo, etc;

6. Uma outra regra, que não deve ser esquecida, é que a camada subsequente não deve ser aplicada antes da camada precedente estar capaz de a suportar. Se ocorrer um intervalo de tempo significativo entre a projecção de diferentes camadas, necessárias à obtenção da espessura final, a superfície projectada anterior deve ser limpa com ar comprimento, água a alta pressão, escovagem ou jacto de areia e pré-lavagem.

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8 Controlo e testes da qualidade

Os testes de controlo da qualidade iniciam-se na obra com a colheita das amostras “carotes” e concluem-se em laboratórios especializados.O teste recai no controlo da qualidade do betão após aplicação podendo os “carotes” serem retiradas “in situ”, em tinas onde o betão fora projectado de igual forma (ângulo, pressão, distância) de modo a evitar emendas no trabalho realizado. Estes “carotes” deveram ser estudadas de acordo com o previsto no caderno de encargos.

8.1 Testes de Pré-construção

A frequência com que se devem realizar os testes para o controlo da mistura deve ser de acordo com a especificação: 11.2 do EFNARC. A composição do betão projectado é determinada no decurso de testes de pré-construção em que as propriedades envolventes são verificadas.

Exemplos das propriedades verificadas:

A verificar no Betão fresco

Quantidade de água, trabalhabilidade, facilidade de bombagem “projectabilidade” / “rebound” Densidade Dosagem do acelerador e compatibilidade com o tipo de cimento escolhido

A verificar no Betão Endurecido

Força de compressão e densidade ao fim de 7 e 28 dias Ensaio de esforço à flexão Ensaio de esforço residual Índice de fibras Ligação Permeabilidade

A necessidade da realização de tais testes dependente do tipo de projecto e da utilização do betão projectado, mas deve sempre ser feita…

8.2 Controlo de Qualidade

A produção do betão projectado está sujeita aos procedimentos do controle de qualidade próprios do betão comum. Os diferentes níveis de controlo estão relacionados com a complexidade do projecto, existindo 3 classes de controlo:

1- Controlo reduzido2- Controlo Normal3- Controlo Prolongado

A escolha da classe do controle é da decisão do técnico, baseada no tipo de projecto que está a realizar. Não há nenhuma exigência especial para a organização do trabalho no controlo das classes 1 e 2. Na classe 3 do controlo deve haver um organograma para cada projecto com um coordenador de garantia de qualidade, dedicado ao controlo da qualidade. A frequência dos testes é decidida pelo técnico, dependendo da função do betão projectado (que inclui a integridade estrutural), sua vida do projecto, a dificuldade da instalação e classificação ambiental.

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Tipo de ControloReduzido Normal Prolongado

m² entre testes m² entre testes m² entre testesEsforço de compressão 500 250 100

Esforço de flexão 500 250Valor do Esforço

Residual1000 500

Energia de absorção 1000 500Ligação 500 250

Índice de fibras 250 100Espessura 50 25 10

Fig. 22 – Quadro de frequências dos testes de controlo da EFNARC.

8.3 Remoção das amostras “carotes”

A análise das amostras deve ser proposta pelo técnico responsável e ser aprovada pelo dono da obra. Os “carotes” em questão devem ser retiradas com um espaçamento de 600 ± 50 (mm) entre elas. Para trabalhos de reparação é recomendado medir somente a força à compressão nos “carotes” feitos nos painéis ou tinas de teste representativos. Na eventualidade de existir uma falha o técnico pode requerer a análise a “carotes” feitos aos trabalhos em questão.

Fig. 23 – “carotes”8.4 Métodos de teste

Os testes devem ser realizados usando os métodos listados no seguinte quadro.

Teste Métodos de teste da EFNARC

Esforço de compressão Especificação 10.2

Esforço de flexão Especificação 10.3

Valor do Esforço Residual Especificação 10.3

Força de Ligação Especificação 10.6

Índice de fibras Especificação 10.9.3

Durabilidade/Permeabilidade Especificação 10.7

Fig. 24 – Quadro de métodos de testes da EFNARC.8.5 Painéis e amostras de teste

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Os moldes devem ser feitos em aço ou noutro material rígido não absorvente. As dimensões mínimas do painel são 600 x 600 (mm) para projecções manuais e 1000 x 1000 (mm) para projecções robóticas. A espessura deve ser apropriada ao tamanho das amostras de teste, não devendo ser inferior a 100mm. Os moldes são posicionados verticalmente e projectados com betão pelo mesmo operador, equipamento, técnica, espessura da camada por passagem, distância de projecção, etc. como o trabalho real. O painel deve ser protegido imediatamente de encontro à perda de humidade usando o mesmo método a ser usado na construção. As amostras são marcadas para uma posterior identificação (mistura, posição, data, operador). O painel não deve ser movido dentro de 18 horas após a projecção. Deve curar-se e continuar por 7 dias ou até as amostras (“carotes”) serem extraídas. As amostras de teste devem ser retiradas do núcleo, de acordo com a norma EN 7034. Durante o transporte ao laboratório as amostras são embaladas afim de as proteger de danos materiais e perdas de humidade.

Fig. 25 – Remoção de carotes em painéis de teste.

9. Saúde e Segurança

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9.1 Equipamento de Protecção individual (EPI)

Está estabelecido que o EPI consiste em fatos de trabalho adequados, luvas e capacete de segurança com a viseira a proteger toda a face ou capacete especializado com uma máscara com filtro de modo a que a respiração se possa efectuar em segurança. Este equipamento deve ser mantido e substituído quando danificado ou desgastado.

Figura 22 – Trabalhador devidamente equipado a aplicar betão projectado

9.2 Ambiente de trabalho

Deve ser criado e mantido um ambiente de trabalho seguro. Isto é, uma base de apoio nivelada e devidamente estabilizada e um acesso facilitado. Deve ser fornecida uma iluminação apropriada ao local e, se necessário, um sistema de ventilação, especialmente para a extracção de poeiras quando se trabalha em espaços confinados. Caso seja necessário, deverá ser providenciado protecção contra as poeiras lançadas por eventuais fugas de ar. Ao trabalhador devem ser criadas condições apropriadas ao seu bem-estar. Estas incluirão zona onde possa mudar e secar roupa, facilidades de lavagem, facilidades de WC, e uma área limpa, isolada, para fazer intervalos e se poder alimentar.

9.3 Eliminação de desperdícios Operações que envolvam projecções geralmente geram quantidades significativas de desperdício de material onde se inclui as poeiras e os “rebound”, juntamente com as embalagens dos materiais utilizados.Este desperdício deve ser disposto correctamente de forma a ser removido e tratado por empresas licenciadas para o efeito, de modo a que esta eliminação de desperdícios seja o mais favorável á protecção do ambiente.

10. Aplicações do betão projectado

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Os seguintes exemplos demonstram que o betão projectado tem uma vasta dimensão de aplicação:

Telhados e abóbadas em concha Paredes de retenção Revestimentos de paredes Estruturas de Silos Revestimento de túneis Estruturas de reservatórios para armazenamento e retenção de águas

Reservatórios e represas Aquedutos Torres da água Revestimentos de canais Valas de irrigação e de drenagem

Piscinas

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Túneis

Parede de contenção com ancoragens e acabamento em reboco pintado

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11. Fornecedores e Custos

Apresentamos em seguida uma imagem dos vários logótipos de fornecedores de betão em Portugal:

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11.1 Custos de betão projectado

Vamos apresentar um exemplo dos possíveis custos de betão projectado:

Betão projectado de 15 cm de espessura e presa rápida, com dupla malha electrossoldada AR30, aço A500 EL, para a formação de base e paredes do tanque monolítico em piscinas.

Ud Composição Rend. p.s. Preço artigot Tout-venant de britagem ou artificial, de

pedreira calcária.0,050 9,47 0,47

m² Cofragem de parede de tijolo furado duplo cerâmico de 24x11,5x7 cm.

0,100 19,64 1,96

m² Malha electrossoldada AR30 100x300 mm, com arames longitudinais de 3,0 mm de diâmetro e arames transversais de 3,0 mm de diâmetro, aço A500 EL.

2,200 0,96 2,11

t Brita de pedreira, de 20 a 30 mm de diâmetro.

0,150 7,23 1,08

m³ Betão para projectar, cimento e inertes especiais, C25/30 (XC2(P); D25; S2; Cl 0,4), dosificação de cimento maior de 400 kg/m³.

0,160 221,50 35,44

h Máquina para projectar betão 24 CV. 0,706 12,98 9,16

h Oficial de 1ª construção. 0,512 12,78 6,54h Ajudante construção. 0,512 12,69 6,50h Operário não qualificado construção. 0,507 12,32 6,25% Meios auxiliares 3,000 69,51 2,09% Custos indirectos 3,000 71,60 2,15 Total: 73,75

12. Conclusão

Quando comparamos as imagens dos primeiros trabalhos de projecção do início do século XX, sejam os de

estabilização de taludes, os de obras subterrâneas ou de reabilitação de estruturas, com as que observamos nos

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dias de hoje, percepcionamos uma silhueta em tudo muito idêntica. Contudo, os avanços tecnológicos nesta área

têm sido consideráveis: melhorias ao nível da automatização e desenvolvimento dos equipamentos; aplicação de

novas matérias-primas na concepção de composições; aperfeiçoamento de novas ferramentas de controlo;

normalização contínua da actividade e descobertas científicas ao nível das suas características físicas e químicas,

etc. Se muitos destes avanços foram e são fundamentais para optimização dos processos construtivos ao nível da

rentabilidade económica e da qualidade do produto final, outros e não menos importantes, promoveram um

ambiente de trabalho mais saudável e um menor impacto ambiental. São exemplo disso: as actuais protecções dos

trabalhadores, a descoberta dos aceleradores isentos de álcalis e os recentes avanços no aperfeiçoamento de um

sistema de projecção por via húmida que dispensa o recurso ao ar comprimido (Centrifugal Sprayed Sistem),

principal causador da emissão de grandes quantidades de poeiras perniciosas.

Fig. 21 – Fotografia recolhida de “Introduction to Sprayes Concrete” - Sprayed Concrete Association – Reino Unido.

Fig. 22 – Poços elípticos da Estação de Salgueiros do Metro do Porto. Betão projectado C25/30 (cimento I 42,5 R, dosagem 400 kg) – método – via húmida (fluxo diluído). Fotografia gentilmente fornecida pela empresa MAPEI.

13. Bibliografia

[1] EFNARC – “European Specification for Sprayed Concrete”, 1996

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[2] EFNARC – “European Specification for Concrete – Execution of Spraying”, 1999

[3] EFNARC – “European Specification for Concrete – Guidelines”, 1999

[4] österreichischer Betonverein – “Sprayes Concrete Guideline – Application and Testing”, 1999

[5] US Army Corps of Engineers – “Standard Practice for Shotcrete”, 1993

[6] ACI 506R – “Guide to Shotcrete”, ACI Manual of Concrete Practise, 2003, Part 6

[7] ACI 506.2 – “Specification for Shotcrete”, ACI Manual of Concrete Practise, 2003, Part 6

[8] ASQUAPRO (ASsociation pour la QUAlité de la PROjection des mortiers et bétons) – “Fascicule – Mise en

oeuvre des b´tons projetés”, 2005

[9] Dreux, G. ; Festa, J. – “Nouveau Guide du Béton”, Eyrolles, 1995

[10] Yoggy, G. “The History of Shotcrete”, American Shotcrete Association, 2000

[11] Melby, T.A. – “Shotcrete for Rock Support”, MBT Europe, 1994

[12] EN 11487-1:2005 “Sprayed Concrete – Definitions, specifications and conformity”

[13] J.L.Rivas, Mercados y Sistemas, SIKA S.A. “Tuneles y obras subterraneas”, 1992

[14] “Introduction to Sprayed Concrete”, Sprayed Concrete Association, 1999

[15] Coutinho, A.S. – “Fabrico e Propriedades do Betão”, Vol. II, LNEC, 1994

[16] Lourenço, J.F. – “Metodologia da Composição de Betões ”, Livraria Almedina, 1988

[17] “Working Group n.º 6 – Recommendations on Sprayed Concrete”, AFTES, 1992

[18] “Fibre-Reinforced Sprayed Concrete – Technology and Practice”, AFTES, 1994

[19] EN 14487-2:2006 “Sprayed Concrete – Part:2 Execution”.

14. Anexo I

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Documents

PCEDII - Betão Projectao