MOPTC – LABORATÓRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL - PORTUGAL
E 464-2005
D O C U M E N T A Ç Ã O
CDU
NO R M A T I V A
ESPECIFICAÇÃO
LNEC
ISSN CI/SfB
Betões. Metodologia prescritiva para a vida útil de projecto de 50 anos face às acções ambientais
Março 2005
Esta especificação anula e substitui substitui a E 378 – 1993
Béton. Méthodologie prescriptive pour une vie utile de projet de 50 années sous les actions environnementales Objet
Concrete Prescriptive methodology for a design working life of 50 years under the environmental exposure Scope
Ce document établit l´aptitude des mélanges de ciment et d´additions et les prescriptions pour le béton avec une vie utile de 50 ans. L´aptitude du concept de la performance équivalente est aussi établie.
This document establishes the suitability of mixtures of cement and additions and the prescriptions for the concrete with a 50 years working life. The suitability of the equivalent performance concept is also established.
ÍNDICE 1 – Objecto Objecto ............ ................... .............. ............. ............. ............. ............. .......... ...
pg. 1- Objecto
1
A presente Especificação estabelece a aptidão dos ligantes hidráulicos – cimentos e misturas de cimentos e adições - como constituintes do betão, esclarece a selecção das classes de exposição com que na NP EN 206-1 foram organizadas as acções ambientais agressivas para o betão, dando outros exemplos além dos referidos naquela norma, e fixa as medidas prescritivas que permitem esperar que a vida útil dos betões nos ambientes correspondentes às diversas classes de exposição seja de 50 anos.
2 – Referênc Referências ias normati normativas vas ............. ................... ............. ........... .... 1 3 – Aptidão dos cimentos, adições e misturas como constituintes do betão ...................... 2 4 – A degradação do betão e as classes de exposição ambiental ambiental .................. ................ 2 5 – Prescrições Prescrições quanto à composição e classe de resistência do betão para considerar a durabilidade................................................ 6 – Com Combin binaçõ ações es de de class classes es de de expo exposiç sição ão .... ......
3 6
Esta Especificação estabelece ainda o enquadramento geral para estimar a vida útil de projecto das estruturas de betão e a aptidão do conceito de desempenho equivalente.
7 – Enquadramento geral da estima do tempo de vida útil de projecto do betão armado face às acções acções ambienta ambientais... is.......... ............. ............. .......... ... 6 8 – Aptidão do conceito de desempenho equivalente dum betão ............................... 7
2 – Referências normativas Nesta Especificação é feita referência aos seguintes documentos: documentos:
8.1 – Princ Princípio ípio ....... .............. .............. ............. ............. .............. ............. ...... 7 8.2 – Mater Materiais iais e compo composiçõe siçõess .......... ................. ........... .... 8
EN 1990:2002 – Eurocode 0 – Basis of structural design.
8.3 – Realizaçã Realização o dos dos ensaios ensaios ........ .............. ............. ......... .. 8 8.4 – Análi Análise se dos resultad resultados os ....... .............. .............. .......... ... 8
EN 1992-1-1:2004 – Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings
8.5 – Relatóri Relatório o ............. .................... ............. ............. .............. ............. ...... 9 Anexo (Informativo): (Informativo): Misturas Misturas de cimentos cimentos e adições …………………………………………… 11
1
NP EN 197-1:2001 – Cimento. Parte 1: Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes.
desempenho do betão que permitem satisfazer a vida útil de projecto de estruturas de betão armado ou pré-esforçado face às acções ambientais XC ou XS.
NP EN 206-1:2005 – Betão. Parte 1: Especificação, desempenho, produção e conformidade.
Especificação LNEC E 466-2005 – Fíleres calcários para betão.
NP EN 12350-1:2002 – Ensaios do betão fresco. Parte 1: Amostragem.
3 – Aptidão dos cimentos, adições e misturas como constituintes do betão
NP EN 12390-2:2003 – Ensaios do betão endurecido. Parte 2: Execução e cura dos provetes para ensaios de resistência mecânica.
A aptidão geral dos cimentos para serem constituintes do betão está estabelecida na secção 5.1.2 da NP EN 206-1 para os cimentos correntes que satisfaçam a NP EN 197-1. Outros cimentos (p.e., cimentos correntes de baixo calor de hidratação, cimentos de baixo calor de hidratação e baixas resistências iniciais, cimentos de baixo calor de hidratação para grandes massas, ligantes rodoviários para estradas), terão a sua aptidão geral estabelecida se satisfizerem as respectivas normas europeias harmonizadas (ou as emendas à NP EN 197-1) que vierem a ser aprovadas.
NP EN 12390-3:2003 – Ensaios do betão endurecido. Parte 3: Resistência à compressão dos provetes de ensaio. NP EN 12620:2004 – Agregados para betão. NP ENV 13670-1:2005 – Execução de estruturas em betão. Parte 1: Regras gerais. NP EN 450:1995 – Cinzas volantes para betão. Definições, exigências e controlo da qualidade. NP 4220:1993 – Pozolanas para betão. Definições, especificações e verificação da conformidade.
A aptidão geral das adições como constituintes do betão está estabelecida na secção 5.1.6 da NP EN 206-1 para os fíleres que satisfizerem a NP EN 12620 e a Especificação LNEC E 466 e para as cinzas volantes siliciosas que satisfizerem a NP EN 450. Fica estabelecida para as sílicas de fumo que satisfizerem a Especificação LNEC E 377, para as pozolanas naturais ou calcinadas que satisfizerem a NP 4220 e para a escória granulada de alto forno moída que satisfizer a Especificação LNEC E 375. Estes documentos normativos devem ser substituídos pelas normas europeias harmonizadas quando vierem a ser aprovadas.
Especificação LNEC E 375-1993 – Escória granulada de alto forno moída para betões. Características e verificação da conformidade. Especificação LNEC E 377-1993 – Sílica de fumo para betões. Características e verificação da conformidade. Especificação LNEC E 391-1993 – Betões. Determinação da resistência à carbonatação. Especificação LNEC E 392-1993 – Betões. Determinação da permeabilidade ao oxigénio. Especificação LNEC E 393-1993 – Betões. Determinação da absorção de água por capilaridade.
Tal como refere a NP EN 206-1 em 5.1.1, o facto da aptidão geral dum material para constituinte do betão estar estabelecida não implica aptidão em todas as situações e em todas as composições.
Especificação LNEC E 461-2004 – Betões. Metodologia para prevenir reacções expansivas internas.
É o caso das situações relacionadas com a durabilidade e, nomeadamente, com a utilização de misturas, que são ligantes hidráulicos obtidos pela junção na betoneira de um cimento satisfazendo a NP EN 197-1 com adições satisfazendo os documentos normativos correspondentes atrás indicados.
Especificação LNEC E 462-2004 – Cimentos. Determinação da resistência dos cimentos ao ataque por sulfatos. Especificação LNEC E 463-2004 – Betões. Determinação do coeficiente de difusão dos cloretos por ensaio de migração em regime nãoestacionário.
A aptidão duma dada mistura para ser constituinte do betão fica estabelecida desde que sejam satisfeitas simultaneamente as seguintes condições:
Especificação LNEC E 465-2005 – Betões. Metodologia para estimar as propriedades de
2
a) o cimento seja do tipo CEM I ou CEM II/A e da classe de resistência 42,5 ou superior;
capilar, devem satisfazer-se os requisitos da classe superior.
b) as adições sejam do tipo I ou II;
O ataque por bactérias, nomeadamente as anaeróbias que se encontram, p.e., nos esgotos e produzem ácidos sulfúrico e nítrico, é um ataque químico fortemente agressivo (classe XA3).
c) a composição da mistura satisfaça os limites estabelecidos para a composição de um dos cimentos apresentados no Quadro 1 da NP EN 197-1 e constantes dos Quadros 6 a 9 desta Especificação (em Anexo apresenta-se o procedimento para o cálculo da composição de misturas, com exemplos informativos);
5 – Prescrições quanto à composição e classe de resistência do betão para considerar a durabilidade Em substituição dos valores limites para a composição e resistência do betão indicados no Anexo F da NP EN 206-1 com carácter informativo, estabelecem-se nos Quadros 6 e 7, quando há risco de corrosão das armaduras, e nos Quadros 8 e 9, quando há gelo/degelo ou ataque químico, respectivamente, os valores da máxima razão água/cimento, da mínima dosagem de cimento e da mínima classe de resistência à compressão simples que o betão deve satisfazer em Portugal para que o seu tempo de vida útil, sob as acções ambientais da NP EN 206-1, seja cerca de 50 anos.
d) a proporção de sílica de fumo em relação ao clínquer (se ela existir na composição da mistura) seja igual ou inferior a 11%. Os cimentos e as misturas constituem ligantes hidráulicos, que se designam apenas por ligantes. 4 – A degradação do betão e as classes de exposição ambiental A deterioração do betão pode resultar das condições ambientais a que o betão está exposto, de reacções químicas expansivas internas (reacções álcalis-agregado e reacções sulfáticas) ou de outras acções, normalmente tratadas no cálculo estrutural (p.e., acções térmicas, fluência, retracções, desgaste).
Não se considera a durabilidade na classe X0, para a qual se deverão aplicar as exigências estabelecidas no Quadro F.1 da NP EN 206-1, qualquer que seja o cimento.
Os mecanismos que conduzem a reacções expansivas internas no betão e a forma de as prevenir são objecto da Especificação LNEC E 461.
Se na composição do betão for utilizada uma mistura com aptidão para constituinte do betão, os termos “dosagem de cimento” e “razão água/cimento” devem ser substituídos pelos termos “dosagem de ligante” e “razão água/ligante”, aplicando-se à mistura o estabelecido naqueles Quadros para o correspondente cimento.
Quanto às acções ambientais, estão classificadas na NP EN 206-1 em 6 grupos, 3 relativos à deterioração do betão por corrosão das armaduras por acção do dióxido de carbono e dos cloretos provenientes da água de mar ou de outras origens (XC, XS e XD), 2 relativos à deterioração do próprio betão pelo gelo/degelo (XF) ou por ataque químico (XA) e 1 grupo (X0) para quando não há risco de corrosão de metais ou de ataque ao betão. Estes grupos (com excepção de X0) estão divididos em classes de exposição, que são apresentadas na NP EN 206-1 através da descrição sumária do ambiente e de exemplos informativos, com excepção das classes XA. Repete-se nos Quadros 1 a 5 esta organização, acrescentando mais exemplos informativos. Não se incluem as classes XF3 e XF4, por não serem aplicáveis em Portugal, e as classes XA por se manter sem qualquer alteração o estabelecido na NP EN 206-1. Sempre que na classe XA1 ou XA2 houver riscos de acumulação de sulfatos devido a ciclos de secagem e molhagem ou de absorção
Indicam-se em cada um destes Quadros os tipos de cimento que se podem utilizar, devendo ainda ser satisfeitos, no projecto e na execução da estrutura para garantir a durabilidade desta: a) um recobrimento nominal das armaduras ordinárias no mínimo igual ao indicado nos Quadros 6 e 7. Poderão vir a ser usados valores inferiores, sem alterar as exigências de composição e de resistência do betão, em conformidade com o que ficar estabelecido nas secções 4.4.1.2(7), 4.4.1.2(8) e 4.4.1.3(3) do Anexo Nacional da NP EN 1992-1-1, quando esta for publicada e tornada regulamentar. Para as armaduras de pré-esforço, aqueles valores devem ser aumentados de 10 mm.
3
Quadro 1 – Sem risco de corrosão ou ataque Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos X0
Para betão sem armaduras: Todas as exposições, excepto ao gelo/degelo, abrasão ou ao ataque químico Para betão armado: muito seco
Betão enterrado em solo não agressivo. Betão permanentemente submerso em água não agressiva. Betão com ciclos de molhagem/secagem não sujeito a abrasão, gelo/degelo ou ataque químico. Betão armado em ambiente muito seco. Betão no interior de edifícios com muito baixa humidade do ar.
Quadro 2 – Corrosão induzida por carbonatação Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos XC1 Seco ou permanentemente Betão armado no interior de edifícios ou estruturas, com excepção das áreas com humidade elevada. húmido Betão armado permanentemente submerso em água não agressiva. Betão armado enterrado em solo não agressivo. XC2 Húmido, raramente seco Betão armado sujeito a longos períodos de contacto com água não agressiva. Moderadamente húmido Superfícies exteriores de betão armado protegidas da chuva transportada pelo XC3 vento. Betão armado no interior de estruturas com moderada ou elevada humidade do ar (v.g., cozinhas, casas de banho). XC4 Ciclicamente húmido e seco Betão armado exposto a ciclos de molhagem/secagem. Superfícies exteriores de betão armado expostas à chuva ou fora do âmbito da XC2 Quadro 3 – Corrosão induzida por cloretos não provenientes da água do mar Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos XD1 Moderadamente húmido
Betão armado em partes de pontes afastadas da acção directa dos sais descongelantes, mas expostas a cloretos transportados pelo ar. XD2 Húmido, raramente seco Betão armado completamente imerso em água contendo cloretos; piscinas. XD3 Ciclicamente húmido e seco Betão armado directamente afectado pelos sais descongelantes ou pelos salpicos de água contendo cloretos(1). Betão armado em que uma das superfícies está imersa em água contendo cloretos e a outra exposta ao ar (v.g., algumas piscinas ou partes delas). Lajes de parques de estacionamento de automóveis(2) e outros pavimentos expostos a sais contendo cloretos. (1) No nosso país estas situações deverão ser consideradas na classe XD1; (2) Idem, se relevante.
Quadro 4 – Corrosão induzida por cloretos da água do mar Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos XS1 Ar transportando sais
marinhos mas sem contacto directo com água do mar
XS2 Submersão permanente XS3 Zona de marés, de
rebentação e de salpicos
Betão armado em ambiente marítimo saturado de sais. Betão armado em áreas costeiras perto do mar, directamente exposto e a menos de 200 m do mar; esta distância pode ser aumentada até 1 km nas costas planas e foz de rios. Betão armado permanentemente submerso. Betão armado sujeito às marés ou aos salpicos, desde 10 m acima do nível superior das marés até 1 m abaixo do nível inferior das marés, nomeadamente na orla ocidental de Portugal continental, Açores e Madeira. Betão armado em que uma das superfícies está imersa em água do mar e a outra exposta ao ar (v.g., túneis submersos ou abertos em rocha ou solos permeáveis no mar ou em estuário de rios). Esta exposição exigirá muito provavelmente medidas de protecção suplementares.
Quadro 5 – Ataque pelo gelo/degelo Classe Descrição do ambiente Exemplos informativos XF1 Moderado número de ciclos
Betão em superfícies verticais expostas à chuva e ao gelo.
de gelo/degelo, sem produtos Betão em superfícies não verticais mas expostas à água, chuva ou gelo. descongelantes XF2 Moderado número de ciclos Betão, tal como nas pontes, classificável como XF1, mas exposto aos sais de gelo/degelo, com produtos descongelantes directa ou indirectamente. descongelantes
4
Quadro 6 – Limites da composição e da classe de resistência do betão sob acção do dióxido de carbono, para uma vida útil de 50 anos CEM I (Referência); CEM II/A (1) Tipo de cimento CEM II/B(1); CEM III/A(2); CEM IV(2); CEM V/A(2) Classe de exposição XC1 XC2 XC3 XC4 XC1 XC2 XC3 XC4 Mínimo recobrimento nominal (mm) Máxima razão água/cimento Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) Mínima classe de resistência (1) (2)
25
35
35
40
25
35
35
40
0,65
0,65
0,60
0,60
0,65
0,65
0,55
0,55
240
240
280
280
260
260
300
300
C25/30 LC25/28
C25/30 LC25/28
C30/37 LC30/33
C30/37 LC30/33
C25/30 LC25/28
C25/30 LC25/28
C30/37 LC30/33
C30/37 LC30/33
Não aplicável aos cimentos II/A-T e II/A-W e aos cimentos II/B-T e II/B-W, respectivamente. Não aplicável aos cimentos com percentagem inferior a 50% de clínquer portland, em massa.
Quadro 7 – Limites da composição e da classe de resistência do betão sob acção dos cloretos, para uma vida útil de 50 anos CEM IV/A (Referência); CEM IV/B; CEM III/A; Tipo de cimento CEM I; CEM II/A (1) CEM III/B; CEM V; CEM II/B (1); CEM II/A-D Classe de exposição XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3 XS1/ XD1 XS2/ XD2 XS3/ XD3 Mínimo recobrimento nominal (mm) Máxima razão água/cimento Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) Mínima classe de resistência (1)
45
50
55
45
50
55
0,55
0,55
0,45
0,45
0,45
0,40
320
320
340
360
360
380
C30/37 LC30/33
C30/37 LC30/33
C35/45 LC35/38
C40/50 LC40/44
C40/50 LC40/44
C50/60 LC50/55
Não aplicável aos cimentos II-T, II-W, II/B-L e II/B-LL.
Quadro 8 – Limites da composição e da classe de resistência do betão sob acção do gelo/degelo, para uma vida útil de 50 anos CEM I (Referência); CEM II/A (1) CEM II/B(1); CEM III/A(2); CEM IV(2); CEM V/A(2) Tipo de cimento Classe de exposição Máxima razão água/cimento Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) Mínima classe de resistência Teor mínimo de ar (%) (1) (2)
XF1
XF2
XF1
XF2
0,60
0,55
0,55
0,50
280
280
300
300
C30/37 LC30/33 ______
C30/37 LC30/33
C30/37 LC30/33 ______
C30/37 LC30/33
4,0
4,0
Não aplicável aos cimentos II/A-T e II/A-W e aos cimentos II/B-T e II/B-W, respectivamente. Não aplicável aos cimentos com percentagem inferior a 50% de clínquer portland, em massa.
Quadro 9 – Limites da composição e da classe de resistência à compressão do betão sob ataque químico, para uma vida útil de 50 anos CEM IV/A (Referência); CEM IV/B; CEM III/A; Tipo de cimento CEM I; CEM II/A (1) CEM III/B; CEM V; CEM II/B (1); CEM II/A-D Classe de exposição Máxima razão água/cimento Mínima dosagem de cimento, C (kg/m3) Mínima classe de resistência
XA1
XA2 (2)
XA3 (2)
XA1
XA2 (2)
XA3 (2)
0,55
0,50
0,45
0,50
0,45
0,45
320
340
360
340
360
380
C30/37 LC30/33
C35/45 LC35/38
C35/45 LC35/38
C35/45 LC35/38
C40/50 LC40/44
C40/50 LC40/44
(1)
Não aplicável aos cimentos II-T, II-W, II/B-L e II/B-LL. Quando a agressividade resultar da presença de sulfatos, os cimentos devem satisfazer os requisitos mencionados na secção 5, nomeadamente no Quadro 10, aplicando-se ao betão as exigências estabelecidas neste quadro para o CEM IV .
(2)
5
Os recobrimentos nominais das armaduras são os constantes do projecto e garantidos na execução das obras com espaçadores, para correcta colocação das armaduras na cofragem. Os recobrimentos indicados nos Quadros 6 e 7 resultam da soma dos valores de C min,dur da classe estrutural S4 (Quadro 4.4N da EN 19921-1), com o valor ∆Cdev = 10 mm estabelecido NP EN 13670-1.
Esta protecção deve também existir sempre que o teor de qualquer dos elementos agressivos referidos no Quadro 2 da NP EN 206-1 seja superior ao limite indicado para a classe XA3. 6 – Combinações de classes de exposição A NP EN 206-1, na secção 4.1, estabelece que as condições ambientais às quais o betão está sujeito podem ter que ser expressas como uma combinação de classes de exposição e acrescenta que as diferentes superfícies de um elemento estrutural podem estar sujeitas a diferentes acções.
b) os requisitos de colocação em obra, de compactação, de protecção e cura do betão e demais requisitos estabelecidos na NP ENV 13670-1.
Neste sentido, deve ter-se em conta que:
As dosagens de cimento (ou da correspondente mistura), C , indicadas nestes Quadros respeitam a betões com máxima dimensão do agregado, D max , maior ou igual que 32 mm. Para betões com menores valores de D max, as dosagens devem ser as seguintes:
- a classe X0 e, em geral, a classe XC1 se aplicam isoladas; - a carbonatação é um processo comum a todas as estruturas de betão e os cloretos ou os ataques químico e por gelo/degelo são específicos de certos ambientes;
para 20 mm>Dmax ≥12,5 mm: C 20 / 12,5 = 1,10 C
- na orla marítima (classes XS) o número de dias com temperaturas negativas (onde se poderiam aplicar as classes XF) é despiciendo, enquanto no interior, nomeadamente nas zonas com um total de 30 ou mais dias com temperaturas negativas, pode haver combinação das classes XF2 com a XD (embora esta classe seja pouco frequente em Portugal);
para 12,5 mm>Dmax > 4 mm : C 12,5 / 4 = 1,23 C Quando a agressividade química provier da acção dos sulfatos, presentes na água ou nos solos em contacto com o betão, a composição do clínquer dos cimentos ou das correspondentes misturas deve satisfazer os limites indicados no Quadro 10.
- o ataque químico ao betão de fundações, obras de suporte de terras ou pavimentos em contacto com solos dá-se em solos agressivos ou em águas agressivas com nível freático atingindo as fundações e ao betão de superestruturas de reservatórios ou condutas por acção de águas agressivas.
Quadro 10 – Composição do clínquer de cimentos resistentes aos sulfatos Tipo de cimento CEM I (1) CEM II (2) CEM III,IV,V(3) Teor de XA2 C3 A XA3 Teor de (C3 A+C4 AF)
5%
8%
10 %
5%
6%
8%
20 %
Assim, as combinações de classes de exposição mais frequentes são as do Quadro 11.
25 %
(1)
Aplicável também aos cimentos CEM II/A-L, II/A-LL e II/A-M (2) Só aplicável aos cimentos CEM II/S, II/D, II/P e II/V (3) Só exigível aos cimentos CEM III/A, IV/A e V/A
Quadro 11 – Combinações de classes de exposição XC2 com:
Poder-se-ão utilizar cimentos (ou misturas) não respeitando estes valores se os cimentos (ou as misturas) satisfizerem o estabelecido na Especificação LNEC E 462 após a realização do ensaio de resistência aos sulfatos nela previsto.
XC3 ou XC4 com :
Os cimentos portland não resistem a meios ácidos cujo pH seja inferior a 4, pelo que têm que ser protegidos, de forma durável, do contacto com estes meios.
XC4 com:
6
XD2 XS2 + ataque da água do mar (XA1) XF1 XA1, XA2 ou XA3 XF1 XD1+ XF2 XS1 XD3 XS3+ ataque da água do mar (XA1) XA1, XA2 ou XA3
Em cada combinação de classes de exposição ambiental devem ser satisfeitas, para o cimento (ou a correspondente mistura) a utilizar e como requisitos da combinação, os valores mais exigentes da mínima dosagem de cimento, da máxima razão água/cimento (e do teor de ar se for o caso) e da classe de resistência entre os valores de cada uma das classes de exposição ambiental da combinação. No caso do cimento não ser comum às diferentes classes de exposição prevalece aquele que satisfizer a classe com os requisitos mais exigentes.
deve recorrer-se ao conceito de desempenho equivalente do betão em relação à exposição ambiental em causa (XC ou XS) ou à que for mais desfavorável no caso de haver combinação. A aptidão deste conceito está estabelecida na secção 8 e está indicado nos Quadros 6 e 7 o cimento de referência para aplicação do conceito. 2) Ainda para um tempo de vida útil de projecto de 50 anos, se : a) os recobrimentos forem menores que os previstos na secção 5 desta Especificação, embora satisfazendo os regulamentos estruturais em vigor,
7 – Enquadramento geral da estima do tempo de vida útil de projecto do betão armado face às acções ambientais
ou, b) os recobrimentos forem maiores e se pretender aplicar uma composição não respeitando os limites indicados nos Quadros 6 e 7,
Os tempos de vida útil de projecto das estruturas de betão armado e pré-esforçado estão estabelecidos na EN 1990 em 5 categorias, três inferiores a 50 anos (10 anos para estruturas temporárias, 10 a 25 anos para partes substituíveis e 15 a 30 anos para estruturas para agricultura), 50 anos para estruturas de edifícios e outras estruturas semelhantes e 100 anos para estruturas de edifícios monumentais, pontes e outras estruturas importantes de engenharia civil.
deve-se recorrer aos métodos de especificação do betão baseados no desempenho relacionado com a durabilidade que forem aplicáveis à exposição ambiental em causa (XC ou XS) ou à que for mais desfavorável no caso de haver combinação, seguindo nomeadamente a metodologia estabelecida na Especificação LNEC E 465. Na situação considerada na alínea a), poderá também vir a usar-se o que for estabelecido a nível nacional na NP EN 1992-1-1, logo que for regulamentar, relativamente à abordagem prevista na secção 4.4.1.2(5) - Quadro 4.3N, da EN 19921-1.
No caso de exposição ambiental com risco de corrosão das armaduras, as prescrições estabelecidas nos Quadros 6 e 7 não permitem ter em conta a influência de diferentes recobrimentos, de outras composições de betão ou de tempos de vida útil de projecto diferentes de 50 anos, bem como, na classe XS1, da diminuição da acção agressiva com a distância à linha de costa e, na classe XS2, do aumento da acção agressiva com a profundidade, embora esta situação possa ser pouco frequente.
3) Para tempos de vida útil de projecto de 100 anos, deve seguir-se a metodologia indicada em 2). 8 – Aptidão do conceito de desempenho equivalente dum betão
Assim, para ter em conta essa influência: 1) e para tempos de vida útil de projecto da ordem dos 50 anos, respeitando os recobrimentos estabelecidos nos Quadros 6 e 7, se:
A aptidão do conceito de desempenho equivalente dum betão em relação à resistência à carbonatação ou à penetração dos cloretos é estabelecida nas secções que se seguem, de acordo com a secção 5.2.5.3 da NP EN 206-1.
a) utilizando os cimentos indicados nos Quadros 6 e 7 (ou as correspondentes misturas), se pretender aplicar uma composição não respeitando os limites indicados nestes Quadros,
8.1 – Princípio Sobre uma composição de referência que satisfaça as exigências limite de composição e de resistência mecânica estabelecidas nos Quadros 6 e 7 para a classe de exposição objecto do estudo de equivalência, e com o cimento de referência indicado para esta classe nestes Quadros, são determinadas as propriedades referidas no
ou b) se pretender utilizar outros cimentos que não os indicados nos Quadros 6 e 7 (ou outras misturas),
7
8.2 – Materiais e composições
Quadro 12 para esta classe de exposição. Procede-se de igual modo com a composição de estudo, ou seja com a formulação cujo desempenho se pretende avaliar.
Os materiais a usar nas composições de referência e de estudo devem ter estabelecida a sua aptidão como constituintes do betão e ser fornecidos pelo fabricante de betão. Em particular, os agregados e as respectivas proporções devem ser iguais nas composições de referência e de estudo.
Quadro 12 – Propriedades, métodos e provetes de ensaio Classe de exposição
XC1 XC2 XC3 XC4
Propriedades a determinar
Métodos de Número e tipo de ensaio provetes (mm)
Carbonatação acelerada
LNEC E 391
Permeabilidade LNEC E 392 ao oxigénio Resistência à compressão
NP EN 12390-3
As composições de referência e de estudo são da responsabilidade do fabricante de betão, cabendo ao Laboratório de Ensaios verificar se a composição de referência satisfaz as exigências quanto à máxima razão água/cimento, mínima dosagem de cimento e mínima classe de resistência do betão expressas nos Quadros 6 e 7 no que respeita à classe de exposição ambiental considerada.
1 provete 150x150x600 3 provetes
φ 150; h= 50 3 provetes de 150x150x150
Coef. de difusão LNEC E 463 2 provetes φ 100; dos cloretos h= 50 XS1/XD1 XS2/XD2 Absorção capilar LNEC E 393 XS3/XD3
Em cada uma das composições de referência e de estudo, designadas por composições principais, o Laboratório fará variar de ± 5% a dosagem de ligante, mantendo a dosagem dos demais constituintes, com excepção do agregado mais fino, onde se fará o acerto da variação de volume do ligante. Estas composições são designadas secundárias, que assim podem também ser de referência ou de estudo.
3 provetes
φ 150; h= 50 Resistência à compressão
NP EN 12390-3
3 provetes de 150x150x150
Os resultados obtidos na composição de referência são depois comparados com os correspondentes valores da composição de estudo e extraídas conclusões sobre a equivalência de comportamento das duas composições no que respeita à resistência à penetração do dióxido de carbono ou dos cloretos no betão.
8.3 – Realização dos ensaios As amassaduras, o fabrico de provetes e a realização dos ensaios deverão ser efectuadas no LNEC ou em Laboratório acreditado para a preparação dos provetes e para a realização dos ensaios estabelecidos no Quadro 12. As eventuais correcções nas composições, para acerto da água de amassadura, deverão ser propostas pelo fabricante de betão. A consistência das amassaduras de referência e de estudo não deve diferir em média mais do que 1 cm, devendo ainda os valores individuais satisfazerem os limites da mesma classe de abaixamento.
Pode-se também concluir sobre a equivalência da dosagem do ligante específico e da razão A/C usadas na composição de estudo, relativamente ao correspondente par de valores usado para o betão de referência. Neste caso, e se os resultados concluírem sobre a equivalência da composição de estudo, o fabricante de betão fica autorizado a usar o novo valor mínimo da dosagem de ligante e o novo valor máximo da razão A/C como limites de composição para satisfazer as exigências da classe de exposição considerada, desde que os constituintes do ligante não se alterem, tanto no que se refere à sua origem como às suas características relevantes.
Por cada amassadura serão colhidas amostras para a determinação das propriedades do Quadro 12; neste Quadro indicam-se também os métodos de ensaio e os provetes necessários para cada determinação.
Como os provetes de betão são ensaiados em condições higrométricas normalizadas, não coincidentes, em geral, com as condições de humidade relativa implícitas nas classes de exposição, admite-se que a equivalência de comportamento das 2 composições se mantém em outras condições higrométricas.
No fabrico e conservação dos provetes, quer da formulação de referência quer da composição de estudo, seguir-se-á o estabelecido nas normas NP EN 12350-1 e NP EN 12390-2, com excepção dos provetes destinados aos ensaios de carbonatação acelerada, permeabilidade ao
8
oxigénio e absorção capilar, cuja cura, após 7 dias de idade, é feita como a seguir se indica:
Coeficiente de difusão dos cloretos, D: Destudo Dreferência
- carbonatação acelerada: 7 dias a 20±2ºC sem trocas de humidade, seguidos de 14 dias a 20±2ºC e a 65±5 % de humidade relativa;
Resistência à compressão, f c : f c ,referência
- permeabilidade ao oxigénio e absorção capilar : após secagem superficial com um pano, 3 dias de secagem a 50±2ºC em estufa ventilada, seguidos de 17 dias a 50±2ºC e 1 dia a 20±2ºC, sendo a conservação sem trocas de humidade nestes 18 dias.
f c ,estudo
A análise dos resultados deve concluir sobre equivalência do desempenho da composição de estudo relativamente à composição de referência.
Os ensaios devem realizar-se no mínimo de três em três anos e sempre que ocorrerem alterações nos materiais constituintes do ligante ou nos demais componentes do betão de forma que não possam ser respeitados os valores mínimo da dosagem de ligante e máximo da razão A/C, da composição de estudo.
ser nos ou das das
Cada propriedade das composições de estudo deve apresentar uma média global igual ou inferior à média global das composições de referência, com excepção da resistência à compressão, em que a média global das composições de estudo deve ser igual ou superior à média global das composições de referência. Em simultâneo, entre cada composição de estudo, principal ou secundária, e a correspondente composição de referência devem verificar-se, quando aplicável, as seguintes relações: Profundidade de carbonatação acelerada, PCA: PCAestudo ≤ 1,3 PCAreferência Absorção capilar, AC : AC estudo AC referência
≤ 1 ,3
Permeabilidade ao oxigénio, K : K estudo K referência
≤ 1 ,1
8.5 - Relatório No relatório final devem apresentar-se as composições ensaiadas, os ensaios realizados e os resultados obtidos.
As determinações devem ser iniciadas aos 28 dias de idade.
8.4 – Análise dos resultados Para cada propriedade determinada, deve calculada a média dos valores obtidos provetes de cada composição principal secundária, bem como a média global diferentes composições de referência e diferentes composições de estudo.
≤ 2 ,0
≤ 2 ,0
9
10
ANEXO (INFORMATIVO) MISTURAS DE CIMENTOS E ADIÇÕES 1 – Verificação da composição de misturas Considere-se uma mistura de massa D0, constituída por cimento e adições. Para a determinação da quantidade de ligante, DL, e da sua composição devem executar-se os seguintes passos:
(5)
n−1
CSialt =
limsup_ i x∑ restantes CSi i
(6)
0,95 − limsup_ i
CSialt = lim sup_ i × D 0
(7)
No caso de vários componentes a alterar obtém-se um intervalo de valores, para cada c omponente, que verifica a equação (3). A5. Para cada componente i cujo Dmín_i seja superior a DLP, será necessário considerar uma menor dosagem CSialt de modo que tomando: CSialt = limsup_i x DLP
A3. Para cada componente i da mistura que faça parte dos constituintes principais do cimento seleccionado no ponto anterior, determina-se a quantidade de ligante máxima Dmáx_i e mínima Dmín_i, considerando os limites superior limsup_i e inferior liminf_i de cada constituinte no cimento seleccionado, conforme estipulado no Quadro 1 da NP EN 197-1. Assim, a partir das dosagens CSi dos componentes, determinadas na secção A1, estabelece-se um conjunto de n intervalos [Dmín_i, Dmáx_i], em que:
CS i Dmín_i = lim sup_i
n−1 CMmist ≤ D0 − ∑ restantes CSi + CSialt i
Assim tem-se que CSialt é o menor valor das seguintes determinações:
A2. Selecciona-se do Quadro 1 da NP EN 197-1 o cimento que se pretende equivaler, de modo a que os seus constituintes tenham correspondência na mistura considerada. Se a percentagem de cada um dos componentes da mistura satisfizer os limites de composição do cimento seleccionado, toma-se como dosagem de ligante, DL, o valor de D 0, considerando o ligante equivalente ao cimento seleccionado. Caso contrário, segue-se o estipulado na secção A3.
CS i lim inf_i
(4)
CMmist
A1. Determinam-se as dosagens, CSi, e as percentagens preliminares de cada um dos diferentes componentes no total da mistura de massa D0. No cimento utilizado devem considerarse os seus constituintes separadamente, admitindo a percentagem mínima de clínquer prevista na NP EN 197-1 ou a declarada pelo fabricante.
Dmáx_i =
n−1 ∑ restantes CS i + CSi alt x0,05 ≤ i 0,95
n−1 Se se verificar ∑ restantes CSi + CSialt ≥ DLP
i
(8) (9)
então DL = DLP e não há lugar para componentes minoritários na mistura, CMmist, tendo-se:
n−1 CSialt = DLP − ∑ restantes CSi i n−1 Se se verificar restantes CSi + CSialt < DLP
∑ i
(10) (11)
então há lugar para componentes minoritários na mistura, CMmist, de modo que:
(1)
n−1 ∑ restantes CSi + CSialt x0,05 ≤ i 0,95
(12)
n−1 ∑ restantes CSi + CSialt + CMmist = DLP i
(13)
CMmist
(2) e
A dosagem de ligante preliminar DLp será o menor de todos os Dmáx_i determinados pela equação (1).
A6. A dosagem de ligante DL a considerar corresponde ao somatório de todos os componentes (principais e minoritários), seleccionados em A2 cujas quantidades foram determinadas nas secções A1 e, A4 ou A5:
Se DLp > D0 segue-se o estabelecido nas secções A4 e A6; se DLp < D0, deve verificar-se o estabelecido nas secções A5 e A6. A4. Para cada componente i cujo Dmín_i seja superior a D0, será necessário considerar uma menor dosagem CSialt que verifique simultaneamente as seguintes condições:
n−1 DL = ∑ restantes CSi + CSialt + CMmist i
n−1 CSialt = lim sup_ i x ∑ restantes CSi + CSialt + CMmist (3) i
11
(14)
Exemplos Exemplo 1
Exemplo 2
Considere-se a seguinte mistura:
Considere-se a seguinte mistura:
•
300 kg/m3 de cimento CEM II/A-L 42,5 R com 70 kg/m3 de cinzas volantes e 130 kg/m3 de escória granulada de alto forno. Tem-se D0 = 500 kg/m3.
•
A1. Os componentes da mistura e respectivos teores serão:
200 kg/m3 de cimento CEM I 42,5 R com 80 kg/m 3 de cinzas volantes e 140 kg/m3 de escória granulada de alto forno. Tem-se D0 = 420 kg/m3.
A1. Os componentes da mistura e respectivos teores serão:
3
3
Clínquer – CSk = 0,80 x 300 = 240 kg/m : 48,0% de
Clínquer – CSk = 0,95 x 200 = 190 kg/m : 45,2% de
D0 (considerou-se a dosagem mínima). 3 Calcário – CSl = 0,20 x 300 = 60 kg/m : 12,0% de D0. Componentes minoritários – CSm = considera-se que estão incluídos no calcário. 3 Cinzas volantes – CSv = 70 kg/m : 14,0% de D0. 3 Escórias – CSs = 130 kg/m : 26,0% de D0.
D0. Componentes minoritários – CSm = 0,05 x 200 = 10
kg/m3: 2,4% de D0. 3 Cinzas volantes – CSv = 80 kg/m : 19,0% de D0. 3 Escórias – CSs = 140 kg/m : 33,3% de D0. Esta mistura não corresponde a nenhum cimento do Quadro 1 da NP EN 197-1 pelo que a composição do ligante tem de ser recalculada.
Esta mistura não corresponde a nenhum cimento do Quadro 1 da NP EN 197-1 pelo que a composição do ligante tem de ser recalculada.
A2. Selecciona-se o CEM V/A, tendo em conta que a mistura tem grande quantidade de cinzas e de escórias.
A2. Selecciona-se o CEM V/A, tendo em conta que a mistura tem grande quantidade de cinzas e de escórias, excluindo assim o calcário.
A3. Para cada componente CSi_mist tem-se: a. Clínquer - Dmáx_k = 190 / 0,40 = 475,0 kg/m3 Dmín_k = 190 / 0,64 = 296,9 kg/m 3 b. Cinzas - Dmáx_v = 80 / 0,18 = 444,4 kg/m3 Dmín_v = 80 / 0,30 = 266,7 kg/m3 c. Escórias - Dmáx_s = 140 / 0,18 = 777,8 kg/m 3 Dmín_s = 140 / 0,30 = 466,7 kg/m 3
A3. Para cada componente CSi_mist tem-se: a. Clínquer - Dmáx_k = 240 / 0,40 = 600,0 kg/m 3 Dmín_k = 240 / 0,64 = 375,0 kg/m3 b. Cinzas - Dmáx_v = 70 / 0,18 = 388,9 kg/m 3 Dmín_v = 70 / 0,30 = 233,3 kg/m 3 c. Escórias - Dmáx_s = 130 / 0,18 = 722,2 kg/m3 Dmín_s = 130 / 0,30 = 433,3 kg/m3
Tem-se que DLP = mín(Dmáx_i) = Dmáx_v = 444,4 kg/m3 > D0.
Tem-se que DLP = mín(Dmáx_i) = Dmáx_v = 388,9 kg/m3 < D0.
A4. Verifica-se que para as escórias Dmín_s > D 0, ou seja a dosagem deste componente tem de ser alterada. Assim, segundo (6) e (7) CSs _ alt = mín [ 0,30*(190+80)/(0,95-0,30) ; 0,30*420] = mín[ 124,6 ; 126,0] = 124,6 kg/m3.
A4. Não se aplica. A5. Verifica-se que para as escórias Dmín_s > DLp, ou seja a dosagem deste componente tem de ser alterada. Tomando o limite superior para as escórias e segundo (8) tem-se CSs _ alt = 388,9 x 0,30 = 116,7 kg/m3. Como se verifica a condição (9) (240+70)+116,7 ≥ 388,9 kg/m3 tem-se que DL = DLP e não há lugar a componentes minoritários, tendose, segundo (10) que CSs _ alt = 388,9 - (240+70) = 78,9 kg/m3.
Por conseguinte a dosagem de componentes minoritários é o maior valor que verifique as condições (4) e (5), pelo que CMmist = 20,8 kg/m3. A5. Não se aplica. A6. A dosagem do ligante a considerar como equivalente ao cimento CEM V/A é de 415,4 kg/m3, com a seguinte composição:
A6. A dosagem do ligante a considerar como equivalente ao cimento CEM V/A é de 388,9 kg/m3, com a seguinte composição:
3
Clínquer – 190,0 kg/m : 45,7%. 3 Cinzas volantes – 80,0 kg/m : 19,3%. 3 Escórias – 124,6 kg/m : 30,0%. 3 Componentes minoritários – 20,8 kg/m : 5,0%.
3
Clínquer – 240,0 kg/m : 61,7%. 3 Cinzas volantes – 70,0 kg/m : 18,0%. 3 Escórias – 78,9 kg/m : 20,3%.
Assim, 4,6 kg/m3 da mistura inicial não puderam ser considerados como ligante, considerando-se 10,8 kg/m3 das escórias como parte de componentes minoritários.
Assim, 111,1 kg/m3 da mistura inicial não puderam ser considerados como ligante.
12
2 – Formulação de misturas Considere-se que se pretende formular uma mistura com massa D0.
declarada pelo fabricante, conforme a seguinte equação:
Existindo inúmeras possibilidades para formular a composição duma mistura, apresenta-se o procedimento em que se limita à priori a quantidade de clínquer. Assim, devem executar-se os seguintes passos:
100 - pK × Dk (3) pK A5. A dosagem total de adições a utilizar, Da, obtém-se pela diferença entre a massa da mistura D0 e a do cimento, Dc calculada por (3) na secção anterior. Dcc =
A1. Selecciona-se do Quadro 1 da NP EN 197-1 o cimento que se pretende equivaler.
Da = Do - Dc
No entanto, se o cimento seleccionado em A1 não incluir um ou mais constituintes do cimento a utilizar, então deverá ser subtraído a Dc a quantidade correspondente a esses constituintes, a não ser que se pretenda considerá-los como minoritários, até 5% da mistura.
A2. Selecciona-se a percentagem que se pretende na mistura, pKm, limitada ao intervalo previsto na NP EN 197-1 ou nesta especificação para o cimento a equivaler. A3. Calcula-se a dosagem de clínquer, Dk, segundo Dk =
pKm × D0 100
Caso se disponha de mais que uma adição, estas serão incorporadas na mistura em partes que respeitem os intervalos previstos na NP EN 197-1 para o cimento que se pretende equivaler.
(1)
A4. Determina-se a quantidade de cimento a utilizar, DC, conforme Dc = Dcc + Dk
(4)
(2)
onde DCC é a dosagem global dos restantes constituintes, incluindo os minoritários, do cimento a utilizar, admitindo a percentagem mínima de clínquer para esse cimento, pK, prevista na NP EN 197-1 ou a
Exemplo Considere-se que se dispõe de um cimento CEM II/A-L e cinzas volantes para formular uma mistura para um betão exposto à classe ambiental XC2. Para esta classe a dosagem mínima de ligante exigida é de 260 kg/m3, considerando-se este valor como D0.
principal, pelo que em Dc não se pode incluir a totalidade deste material. Segundo (4) a máxima quantidade de cinzas volantes a incorporar na mistura seria: Da = 260 - (162,5 - 32,5) = 130 kg/m3
A1. Tendo em conta os materiais disponíveis, selecciona-se o CEM IV/B como o cimento que se pretende equivaler na formulação da mistura.
Porém, como se pode considerar até 5% de constituintes minoritários é possível optar por uma menor dosagem de cinzas volantes, recorrendo a parte do calcário excluído:
A2. Para o cálculo da dosagem de clínquer e considerando o mínimo exigido para aquela classe de exposição no Quadro 6 da presente Especificação selecciona-se um pKm = 50%.
CMmist = 260x0,05 = 13 kg/m3 Da = 260 - (162,5 - 32,5) - 13 = 117 kg/m3
A3. Assim, tem-se que a dosagem de clínquer na mistura será de 50*260/100 = 130 kg/m3.
Assim, a composição de 260 kg/m3 de ligante a considerar como equivalente ao cimento CEM IV/B poderia ser a seguinte:
A4. Considerando que o cimento CEM II/A-L contém 80% de clínquer, a dosagem de outros constituintes no cimento a utilizar será de:
D cc =
3
CEM II/A-L – 162,5 kg/m ; 3
com 130 kg/m de clínquer: 50%. 3 Componentes minoritários – 13,0 kg/m : 5,0%. 3 Cinzas volantes – 117,0 kg/m : 45%.
100 - 80 × 130 = 32,5 kg / m 3 80
A quantidade de cimento CEM II/A-L a empregar na mistura será de Dc=162,5 kg/m3 conforme (2).
ou, em alternativa, não considerando constituintes minoritários: 3 CEM II/A-L – 162,5 kg/m ; com 130 kg/m3 de clínquer: 50%. 3 Cinzas volantes – 130,0 kg/m : 50%.
A5. A dosagem de cinzas volantes a utilizar terá que ter em consideração que no cimento equivalente CEM IV/B não existe calcário como constituinte
13
Lista de símbolos 1 – Verificação da composição de misturas CMmist – Quantidade de componentes minoritários na mistura CSi – Quantidade do componente i da mistura CSialt – Quantidade alterada do componente i da mistura D0 – Massa da mistura inicial a verificar DL – Dosagem de ligante DLP – Dosagem preliminar de ligante
Dmáx_i – Quantidade de ligante máxima para o componente i considerando o liminf_i Dmín_i – Quantidade de ligante mínima para o componente i considerando o limsup_i liminf_i – Limite inferior admissível para o componente i no cimento ou no ligante equivalente limsup_i – Limite superior admissível para o componente i no cimento ou no ligante equivalente
2 – Formulação de misturas D0 – Massa da mistura de ligante a formular Da – Dosagem total de adições a utilizar Dc – Dosagem de cimento a utilizar Dcc – Dosagem total de constituintes no cimento a utilizar, para além do clínquer
Dk – Dosagem de clínquer no cimento ou na mistura pK – Percentagem de clínquer existente no cimento a utilizar pKm – Percentagem de clínquer que se pretende na mistura
ENTIDADES QUE COLABORARAM COM O LABORATÓRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL NA ELABORAÇÃO DESTA ESPECIFICAÇÃO: Organismo de Normalização Sectorial para os Cimentos e Betões: ATIC - Associação Técnica da Indústria de Cimento.
14
