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Caracterização mecânica de betões estruturais de agregados leves

produzidos com diferentes tipos de ligantes

J. Pontes

Engº Civil

IST

Lisboa, Portugal

[email protected]

J. Alexandre Bogas

Prof. Engº Civil

IST, CEris (ICIST)

Lisboa, Portugal

[email protected]

S. Real

Engª Civil

IST

Lisboa, Portugal

[email protected]

RESUMO

No presente artigo procede-se à caracterização mecânica de betões estruturais de agregados leves (BEAL) produzidos

com diferentes tipos de ligantes e diferentes tipos de agregados, para resistências entre cerca de 30 e 60 MPa e classes

de massa volúmica D1,6-D2,0. Desse modo é possível abranger os diferentes tipos de BEAL mais correntemente

utilizados em elementos estruturais. A caracterização dos betões envolveu a realização de ensaios mecânicos de

compressão, tracção por compressão diametral e módulo de elasticidade, tendo em consideração 4 tipos de agregados

leves (AL) com características físicas bastante distintas, 9 tipos de ligantes que incluem a incorporação de diferentes

percentagens de filer calcário, sílica de fumo e cinzas volantes e a consideração de misturas com diferentes relações a/c.

São sugeridas expressões gerais que relacionam as propriedades mecânicas analisadas e são confrontados os resultados

obtidos com os documentados por outros autores e com as expressões sugeridas na principal normalização Europeia e

Americana.

1. INTRODUÇÃO

O dimensionamento de betões estruturais de agregados leves (BEAL) é abordado na principal normalização Americana

e Europeia, tendo em consideração a definição de expressões e coeficientes empíricos que traduzem o seu

comportamento relativo face aos betões de massa volúmica normal (BAN). Estas expressões são essencialmente

adaptações das relações estabelecidas para os BAN, não se tendo em consideração aspectos relevantes como a

influência do tipo de agregado e o nível de resistência do betão [1,2]. Por sua vez, as expressões sugeridas na literatura

resultam, em geral, de trabalhos experimentais que muitas vezes restringem-se à caracterização de betões com um dado

tipo de agregado para uma gama limitada de classes de resistência e massa volúmica, cujas conclusões são apenas

válidas nesse domínio. Assim, é necessário a realização de estudos mais latos que tenham em consideração novos

BEAL produzidos com diferentes tipos de ligantes e tipos de agregado, conforme efectuado no presente trabalho.

Em geral, é reconhecido o menor módulo de elasticidade [3-7] e a menor resistência à tração [8-11] dos BEAL face aos

betões convencionais de igual composição. Porém, são também referidos casos em que a resistência à tracção nos

BEAL é semelhante [12,13] a ligeiramente superior à dos BAN [3]. A melhor ligação agregado-pasta, a geometria mais

esférica dos agregados leves (AL) e a maior compatibilidade elástica entre o agregado e a pasta são alguns dos factores

atribuídos ao melhor desempenho por vezes observado nos BEAL [2,14,15]. Os diferentes tipos de agregado, níveis de

resistência e condições de ensaio também justificam os resultados, por vezes, aparentemente contraditórios. Outro

aspecto relevante está relacionado com o comportamento dos BEAL face aos BAN de igual resistência. Banforth e

Pontes, J.; Bogas, J.;A.; Real, S. – Caracterização mecânica de betões estruturais de agregados leves produzidos com

diferentes tipos de ligantes

2

Nolan [14] reportam maiores resistências à tracção por compressão diametral nos BEAL do que em BAN de menor

classe de resistência. Em relação ao módulo de elasticidade, dado que os agregados leves apresentam menor rigidez e

ocupam uma porção significativa do betão, este tende a ser menor nos BEAL do que nos BAN, mesmo tendo em

consideração misturas de igual resistência. No FIP [1] são referidas reduções de cerca de 50% no módulo de

elasticidade de BEAL com cerca de 1700 kg/m3 de massa volúmica. Para BEAL de resistência baixa a moderada

(fcm<40MPa), o ACI 213 [3] refere factores de 0,5 a 0,75 para o módulo de elasticidade dos BEAL face aos BAN. Na

Tabela 1 resumem-se algumas expressões propostas na literatura bem como as sugeridas na principal normalização

Europeia e Americana para a resistência à tração e o módulo de elasticidade dos BEAL.

Tabela 1 - Resistência à tração e módulo de elasticidade de betões estruturais de agregados leves

Note-se que a resistência à compressão dos BEAL depende do “limite de resistência”, fL, que corresponde à resistência

para a qual a rigidez da argamassa é semelhante à do agregado [2]. Acima de fL a resistência do betão é afectada pelo

agregado e é inferior à da argamassa. Assim, a relação entre a resistência à compressão e a rigidez ou resistência à

tração dos BEAL deverá ser afectada por fL. Por essa razão, os estudos de caracterização devem envolver BEAL de

diferente resistência e tipo de agregado, de modo a abranger os vários modos possíveis de rotura. No presente artigo

isso é tido em consideração. Pretende-se caracterizar o comportamento mecânico em termos de resistência à tração e

módulo de elasticidade de BEAL produzidos com 4 tipos de agregados leves e 8 tipos de ligantes, para diferentes

compacidades da mistura (relação a/c entre 0,35 e 0,65). Os resultados experimentais são confrontados com os obtidos

por outros autores e são aferidas as expressões propostas na principal normalização Europeia e Americana.

2. PROGRAMA EXPERIMENTAL

2.1 Materiais

Para este estudo foram utilizados dois agregados de argila expandida, Leca e Argex de Portugal, um de ardosia

expandida, Stalite dos EUA, e um agregado de cinza volante proveniente do Reino Unido, Lytag. As principais

características destes agregados, com porosidades bastante distintas, são indicadas na Tabela 2. Para os betões de

referência produzidos com agregados grossos de massa volúmica normal (AN) foram selecionadas duas britas calcárias

de diferente granulometria (Bago de arroz e Brita 1, Tabela 2). Tanto as duas frações de Argex como as de brita calcária

foram posteriormente combinadas de modo a possuírem granulometria idêntica à dos restantes agregados grossos leves

(66% Brita 1 e 34% Bago de Arroz; 30% Argex 3-8F e 70% Argex 2-4). Todos os betões foram produzidos com areia

natural siliciosa, correspondendo a cerca de 30% de Areia Fina e 70% de Areia Grossa (Tabela 2).

Tabela 2 - Características dos agregados

Parâmetro Stalite Lytag Leca Argex

2-4

Argex

3-8F Brita 1

Bago

arroz

Areia

Fina

Areia

Grossa

Absorção às 24 horas (%) 3,6 17,9 15,8 21,4 19,3 0,7 0,4 0,2 0,3

Massa volúmica seca (kg/m3) 1483 1338 1076 669 597 2646 2683 2605 2617

Baridade seca (kg/m3) 760 750 624 377 330 1309 1346 1569 1708

Referência Estimativa de Ecm (MPa)a,b Domínio

(MPa)Estimativa de fctm,sp (MPa)

a,b Domínio

(MPa)

fctm=0,30.(fcm,cil-8)2/3.

(0,4+0,6ρ s /2200) 20<fcm,cil<68

fctm=2,12.ln(1+fcm,cil/10).(0,4+0,6ρ s /2200) fcm,cil>68

Ecm=c*(fcm,cil*ρ28d3)1/2

c=0,043(fc<35MPa); c=0,038(fc=41MPa)

Gesoglu

[18]Ecm=3432*fcm,c

0,51 21<fcm,c<41 fctm,sp=0,27*fcm,c2/3 21<fcm,c<41

afcm,c - Res. média à compressão em provetes cúbicos de 15 cm ; f cm,cil - Res. média à compressão em provetes cilindricos de f15x30 cm

br s - Massa volúmica seca do betão; r28d - Massa volúmica do betão aos 28 dias

-

ACI 318

[17]Ecm= *0,043*(fcm,cil *ρs

3)1/2 17<fcm<88 fctm,sp=0,47*fcm,cil

1/2 -

EN1992-1

[16]Ecm = 22000*[(fcm,cil)/10]

0,3*(ρs/2200)

2 20<fcm,cil<98

ACI 213

[3]fcm,cil<40 -



3

Na produção dos betões foram utilizados cimento tipo I 42,5R, cinzas volantes (CZ) de classe F com 13,8% de resíduo

no peneiro de 45 m e índice de reatividade de 84,4%, filer calcário com 38,6% de resíduo no peneiro 45 µm e ainda

sílica de fumo (SF) com 94,3% de SiO2 e de 96,4% de resíduo no peneiro de 45 m, dado ser fornecida de forma

aglomerada. Nas misturas de maior compacidade, foi ainda utilizado um superplastificante de base policarboxilica.

2.2 Composições, mistura, preparação dos provetes e ensaios

De forma a estudar o comportamento mecânico dos betões produzidos, foram produzidas várias misturas com relações

a/l entre 0,35 e 0,65 para teores de ligante entre 300 e 450 kg/m3. As várias composições permitem abranger betões de

classe de resistência e massa volúmica diferentes, o que aumenta a validade do estudo realizado. Na Tabela 3 indicam-

se as composições consideradas para cada tipo de agregado. A relação a/l corresponde à água efetiva disponível para

hidratação. Os betões foram produzidos com 350 l/m3 de agregado grosso.

Tabela 3 - Composições dos betões

Tipo de mistura

ligante

Cimento Adições Relação Teor de

ligante

(kg/m3)

Volume de

AG

(l/m3)

Volume

de Areia

(l/m3)

Volume de

água efectiva

(l/m3)

CEM I

42,5R SF CV FC a/l a/c

CEM I 100% - - - 0,35 0,35 450 350 314 157,5

CEM I 100% - - -

0,45

0,45

400 350

310

180

CEM II/A-D (1) 94% 6% - - 0,48 307

CEM II/A-D (2) 91% 9% - - 0,49 305

CEM II/A-V 85% - 15% - 0,53 304

CEM II/B-V 70% - 30% - 0,64 297

CEM II/A-L 85% - - 15% 0,53 306

CEM II/B-L 70% - - 30% 0,64 302

CEM IV/A 70% 10% 20% - 0,64 296

CEM I 100% - - - 0,65 0,65 300 350 328 195

Os betões foram produzidos numa misturadora de eixo vertical com descarga de fundo. Em geral, os agregados leves

foram previamente colocados em água, durante aproximadamente 24h, de modo a se controlar melhor a trabalhabilidade

e a água efetiva da mistura. Em seguida, os agregados foram secos superficialmente com toalhas absorventes e

colocados na mistura com a areia e 50% da água de amassadura. Após 2 minutos de mistura, deixou-se repousar durante

1 minuto, tendo-se adicionado em seguida o cimento e parte da restante água. Quando utilizado, o superplastificante foi

adicionado após mais 1 minuto com 10% de água. Apenas nos betões produzidos com Argex, os agregados foram

inseridos na betoneira inicialmente secos e a absorção de água foi estimada tendo em consideração o método sugerido

por Bogas et al. [19].

2.3 Preparação dos provetes e métodos de ensaio

Para cada mistura, foram produzidos 3 cubos de 150 mm de aresta para determinação resistência à compressão aos 28

dias de idade de acordo com a EN 12390-3 [20] e 2 cilindros de 300 mm de altura com 150 mm de diâmetro para

determinação do módulo de elasticidade, de acordo com a E 397 [21]. Foram também produzidos 3 cilindros com 300

mm de altura e 150 mm de diâmetro para determinação da resistência à compressão diametral de acordo com a EN

12390-6 [22]. Os vários provetes foram curados em água até à idade de ensaio, que ocorreu aos 28 dias.

3. ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS

Os resultados obtidos para a massa volúmica seca, rs, resistência média à compressão, fcm, módulo de elasticidade, Ecm,

resistência média à tracção por compressão diametral, fctm,sp, e eficiência estrutural (fcm/rs) são apresentados na Tabela 4,

para 28 dias de idade. As resistências médias à compressão aos 28 dias variaram entre cerca de 20 MPa e 65 MPa,

sendo possível abranger os vários tipos de BEAL mais correntemente utilizados em betões estruturais, enquadrados nas

classes de massa volúmica D1,6-D2,0. Os valores de módulo de elasticidade e resistência à tracção nos BEAL variam

entre 14 e 30 GPa e 1,4 e 4,1 MPa, respectivamente.



4

Tabela 4 – Resultados de caracterização mecânica dos betões.

a/l Tipo de cimento

Agregado fcm

(MPa) Ecm

(GPa) fctm,sp

(MPa) Massa vol. seca,

ρs (kg/m3)

fcm/ ρs(28d)

(x103m)

0,35 I

Leca 43,3 22,2 2,9 1697 2,3

Stalite 65,3 30,2 4,1 1893 3,2

Lytag 47,8 24,3 3,1 1791 2,5

Argex 28,5 20,4 1,9 1602 1,6

NA 76,3 46,5 5,4 2299 3,1

0,45

I

Leca 37,6 20,1 2,8 1656 2,1

Stalite 49,9 27,5 3,3 1794 2,6

Lytag 41,2 21,3 3,1 1733 2,2

Argex 26,1 17,1 1,8 1523 1,6

NA 57,7 40,4 4,3 2220 2,4

IIAD1

Leca 34,4 18,1 2,7 1601 2,0

Stalitte 45,7 24,7 2,8 1764 2,4

NA 59,8 39,0 3,9 2175 2,6

IIAD2

Leca 33,3 18,9 2,6 1581 1,9

Stalitte 43,8 25,5 3,1 1750 2,3

NA 58,8 39,4 4,2 2163 2,5

IIAV

Leca 33,5 18,6 - 1594 1,9

Stalitte 43,8 25,5 3,2 1790 2,3

NA 53,4 38,7 3,9 2189 2,3

IIBV

Leca 30,4 17,7 2,4 1600 1,7

Stalitte 38,4 23,7 2,6 1795 2,0

NA 45,7 36,0 2,7 2203 1,9

IIAL

Leca 32,5 18,3 - 1667 1,8

Stalitte 44,0 24,9 3,0 1784 2,3

NA 53,0 38,1 3,7 2219 2,2

IIBL

Leca 28,9 14,3 1,9 1622 1,6

Stalitte 36,3 23,3 2,8 1776 1,9

NA 42,9 35,3 3,1 2204 1,8

IVA

Leca 31,2 18,2 2,6 1560 1,8

Stalitte 40,4 23,1 2,7 1712 2,2

NA 48,5 36,9 2,8 2146 2,1

0,65 I

Leca 28,4 16,2 1,7 1607 1,6

Stalite 31,9 22,4 2,6 1760 1,7

Lytag 30,6 17,3 2,3 1712 1,6

Argex 19,8 13,9 1,4 1491 1,2

NA 37,0 34,4 2,6 - -

3.1 Resistência à compressão

Dependendo do tipo de AL, relação a/l e tipo de ligante, a perda de resistência à compressão dos BEAL face aos BAN

de igual composição variou entre cerca de 14 a 63%, sendo essa perda superior nos BEAL com agregados de maior

porosidade (Argex) e associados a matrizes mais fortes (menor a/l e cimento tipo I ou IIAD). Na Figura 1 confirma-se

que a perda de resistência é menos significativa nos betões com Stalite e relação a/l=0,65. Conforme detalhadamente

analisado em [23], a resistência dos BEAL é fortemente controlada pela resistência limite, fL, que neste caso é inferior

ao nivel de resistência do betão de a/c=0,65. De [23] verifica-se que fl corresponde a cerca de 27, 29, 59-62 e inferior a

10 MPa nos BEAL com Leca, Lytag, Stalite e Argex, respectivamente. Assim, a partir deste nível de resistência, o

comportamento à compressão dos betões é alterado e deverá ocorrer uma descontinuidade quando se relaciona fcm com

outra propriedade, como sucede com a massa volúmica (Figura 2). Assim, demonstra-se que não faz sentido caracterizar

a resistência à compressão com base em relações únicas que dependem apenas da massa volúmica.

A eficiência estrutural relaciona a resistência à compressão com a massa volúmica (fcm/rs). Neste aspecto, os BEAL

com resistência limite mais próxima do nível de resistência do betão conduzem a soluções mais eficientes. Destaca-se o

facto dos BEAL com Stalite conduzirem a níveis de eficiência estrutural superiores ao dos BAN, para qualquer dos

níveis de resistência analisados (Tabela 4). Este fenómeno é discutido com maior detalhe em [23].



5

Figura 1: Resistência à compressão dos BEAL em relação

à dos BAN de igual composição (CEM I)

Figura 2:Relação entre a resistência à compressão, fcm, e a

massa volúmica seca, rs

Em relação aos betões com diferentes tipos de ligante, constata-se, como seria de esperar, uma redução de resistência

proporcional à percentagem de substituição de cimento por cinzas (Tabela 4). A mesma tendência é observada

independentemente do tipo de agregado. Apesar dos betões terem sido curados continuamente em água, a reduzida

idade de ensaio (28 dias) não permite o desenvolvimento efectivo das reacções pozolânicas. Reduções semelhantes são

observadas nos betões com igual percentagem de substituição de cimento por filer calcário. Isso sugere que tanto a

cinza volante como o filer calcário actuam essencialmente por efeito físico de filer. No entanto, tendo em consideração

idênticas relações a/c (sétima coluna da Tabela 4) verifica-se que as resistências nos betões com CEM I e a/c=0,65 são

inferiores às dos betões com cinzas ou filer calcário, o que demonstra o efeito benéfico da incorporação destas adições.

Nos BEAL com Leca essa melhoria é menos importante, o que pode ser justificado pelo facto deste betão trabalhar mais

longe da resistência limite, e como tal, ser mais afectado pela capacidade resistente do agregado. A incorporação de

sílica de fumo foi inefectiva no aumento da resistência dos betões, em especial nos BEAL. O menor desempenho deverá

ser atribuído às dificuldades de dispersão da sílica de fumo na mistura [2].

3.2 Módulo de elasticidade

Dependendo do tipo de AL e relação a/l, a redução do módulo de elasticidade dos BEAL face aos BAN de igual

composição variou entre 34% e 60% (Tabela 4), que se encontra dentro da gama de valores referidos por outros autores

[1,3,7]. O módulo de elasticidade foi essencialmente afectado pelo tipo de agregado e em segundo plano pelo tipo de

ligante e relação a/l (Figura 3, Tabela 4). Tal se justifica pelo facto de existir uma maior alteração na porosidade da

mistura quando se intervém ao nível do agregado. O módulo de elasticidade diminuiu de forma consistente com o

aumento da relação a/c em todos os tipos de betão (Figura 4, Tabela 4). Na variação do módulo de elasticidade com a

relação a/c deve-se ter ainda em consideração que o volume de areia não se mantém constante entre misturas. Ainda

assim, constatam-se pequenas diferenças na relação entre o módulo de elasticidade nos BEAL e nos BAN para

diferentes relações a/c (Figura 3).

Figura 3: Módulo de elasticidade dos BEAL em relação ao

dos BAN de igual composição (CEM I)

Figura 4:Evolução do módulo de elasticidade aos 28 dias

em função da relação a/l (CEM I)

Na Figura 5 verifica-se uma correlação razoável entre Ecm e fcm, quando se tem apenas em consideração a incorporação

de diferentes tipos de agregados leves. Porém, obtém-se uma relação diferente nos betões produzidos com agregados

normais. Mesmo tendo em conta betões de igual resistência, constata-se que a rigidez dos BAN é superior à dos BEAL.

Isso demonstra que o tipo de agregado assume maior influência no módulo de elasticidade do que as características da

86

63 57

37

86

71 65

45

86 83 77

54

0

20

40

60

80

100

Stalite Lytag Leca Argex

f cm

,BE

AL/f

cm,B

AN (

%)

a/c = 0,35

a/c = 0,45

a/c = 0,65

0

20

40

60

80

1400 1600 1800 2000 2200 2400

f cm (

MP

a)

Massa Vólumica (kg/m3)

Leca

NA

Stalite

Lytag

Argex

65

52 48

44

68

53 50 42

65

50 47 40

0

20

40

60

80


Ecm

,BE

AL/E

cm,B

AN (

%)

a/c = 0,35

a/c = 0,45

a/c = 0,65

0

10

20

30

40

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Ecm

(G

Pa)

Relação a/c

Stalite

Lytag

Leca

Argex



6

pasta. Percebe-se que não pode existir uma relação única entre a resistência à compressão e o módulo de elasticidade,

independentemente do tipo de agregado. De facto, nos BAN ou nos BEAL com resistência abaixo da resistência limite,

o agregado afecta o módulo de elasticidade sem ter importância significativa na resistência à compressão.

Na Figura 6 é possível confirmar uma melhor correlação com a massa volúmica, independentemente do tipo de

agregado. De facto, as duas propriedades variam de igual forma com eventuais alterações ao nível da porosidade dos

betões, por variação nas características dos agregados ou da pasta (relação a/c, tipo de ligante). Assim, de modo a se

estabelecerem relações universais, as principais expressões normativas têm igualmente em consideração a massa

volúmica. No entanto, estas relações não têm em consideração a influência de fL na variação da relação entre Ecm e fcm.

Figura 5:Relação entre o módulo de elasticidade, Ecm, e a

resistência à compressão, fcm

Figura 6:Relação entre o módulo de elasticidade, Ecm, e a

massa volúmica seca, rs

Na Figura 7 confrontam-se os resultados obtidos no presente estudo com os reportados por outros autores. Apesar de se

ter em consideração vários tipos de BEAL com diferentes tipos de agregado, são observadas tendências semelhantes

entre os diferentes autores. A expressão definida na EN 1992-1 [16] (Figura 8), embora siga de forma adequada a

tendência dos resultados experimentais, conduz a estimativas ligeiramente conservativas, em média 11% inferiores aos

resultados experimentais..

Figura 7: Relação entre o módulo de elasticidade, Ecm, e a

resistência à compressão, fcm (diferentes referências)

Figura 8: Comparação entre os resultados experimentais e

os valores estimados na EN 1992-1 [16]

A consideração de diferentes tipos de ligante teve influência pouco significativa no módulo de elasticidade. Mesmo nas

misturas associadas a maior percentagem de substituição (IIBV e IIBL) a diferença observada no módulo de

elasticidade foi, em geral, inferior a 15%. O módulo de elasticidade destes betões foi semelhante ao das misturas com

idêntica relação a/c e cimento tipo I (Tabela 4), existindo uma pequena contribuição das adições para esta propriedade.

A sílica fumo revelou-se uma vez mais inefectiva, à semelhança do observado para a resistência à compressão.

3.3 Resistência à tracção por compressão diâmetral

Em relação à resistência à tracção, foram verificados desempenhos desde semelhantes (3% de redução) a bastante

inferiores (reduções de até 60%) face aos BAN (Tabela 4, Figura 7). A resistência à tração variou de forma significativa

com o tipo de agregado, tipo de ligante e relação a/c. Naturalmente, as menores perdas de resistência foram observadas

nos BEAL com agregados de maior massa volúmica (Stalite) associados a maior relação a/c (Figura 9). De facto, nas

misturas de menor relação a/c, a resistência dos BEAL é mais afectada pelas características do agregado, existindo uma

maior perda de resistência face aos BAN. Destaca-se o facto de nos BEAL com Stalite, de relação a/c=0,65, a

resistência à tração ser praticamente igual à dos BAN. Isso sugere que não se terá atingido a resistência limite à tração

Ecm = 8,02*fcm0,41

R² = 0,93

Ecm = 1,65fcm0,73

R² = 0,82

0

20

40

60

0 20 40 60 80

Ecm

(G

Pa)

fcm (GPa)

Stalite

Leca

Lytag

Argex

BAN

R² = 0.95

0

10

20

30

40

50

1400 1600 1800 2000 2200 2400E

cm (

GP

a)

Massa volúmica seca, ρs (kg/m3)

Leca

Stalite

Lytag

Argex

BAN

Ecm = 3*fcm0,5

Ecm = 4*fcm0,5

0

10

20

30

40

0 20 40 60 80

Ecm

(G

Pa)

fcm (MPa)

Presente Estudo

Gesoglu [18]

Bogas [7]

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

Ecm

, exp

erim

en

tal

(GP

a)

Ecm, cálculo (GPa)

EN 1992 [16]



7

neste tipo de BEAL. A variação brusca na perda de resistência da relação a/c=0,65 para a/c=0,45 resulta de se

ultrapassar a resistência limite à tração. Note-se que conforme referido em Bogas e Nogueira [11], a resistência limite à

tração tende a ser inferior à resistência limite à compressão.

Os resultados obtidos seguem em geral as tendências reportadas por outros autores (Figura 10), existindo uma razoável

aproximação da expressão proposta no ACI 318 [17], independentemente do tipo de agregado. Em geral, a aplicação da

expressão sugerida na EN 1992-2 [16] conduz a estimativas conservativas da resistência à tração, constatando-se

diferenças inferiores a cerca de 15% face aos resultados experimentais (Figura 11).

Figura 9- Resistência à tracção dos BEAL em relação ao

dos BAN de igual relação a/l para CEM I

Figura 10 -Relação entre a resistência à compressão

diametral, fctm,sp, e a resistência à compressão, fcm, nos

BEAL (diferentes referências)

A influência da incorporação de adições na resistência à tração seguiu a tendência observada na resistência à

compressão, demonstrando a boa relação entre estas propriedades. A resistência à tração diminuiu de forma

proporcional com o aumento da percentagem de cinzas e filer calcário (Figura 12), atingindo reduções de até 37% para

30% de substituição. Verifica-se que nos BEAL de maior massa volúmica existe uma redução menos importante na

resistência à tração (Figura 12). Tal pode ser atribuído ao facto de, para elevadas percentagens de substituição, estes

betões trabalharem abaixo da resistência limite, conforme constatado na Figura 9, tendo em conta betões de igual a/c

(Cem I, a/c=0,65). À semelhança do observado nas restantes propriedades analisadas, a introdução de sílica de fumo

reduziu ligeiramente a resistência à tração, independentemente da sua percentagem de incorporação.

Figura 11 – Comparação entre resultados experimentais e

valores estimados com base na EN 1992-1 [16]

Figura 12 – Resistência à compressão diametral em função

da percentagem de cinzas (CZ) ou filer calcário (FC)

4. CONCLUSÕES

No presente trabalho procedeu-se à caracterização mecânica de betões leves estruturais produzidos com diferentes tipos

de agregado. Em seguida, resumem-se as principais conclusões obtidas:

• Para classes de resistência LC16/18 a LC55/60 e de massa volúmica D1,6 a D2,0, verificou-se uma redução geral

das propriedades mecânicas dos BEAL, que depende do tipo de agregado e nível de resistência do betão;

• Para qualquer dos níveis de resistência analisados, os BEAL com agregados de maior massa volúmica foram

capazes de desenvolver níveis de eficiência estrutural superiores;

• A substituição de cimento por qualquer um dos tipos de adições analisados (cinzas, filer calcário, sílica de fumo)

conduziu a uma redução respectiva das características mecânicas dos betões. A reduzida idade de ensaio justiça o

menor desenvolvimento das reacções pozolânicas das cinzas volantes. Reduções da mesma ordem de grandeza

foram observadas nos betões com cinzas ou filer calcário, sugerindo que os dois tipos de adições actuam

essencialmente por efeito físico de filer. A contribuição das adições foi ligeiramente afectada pelo tipo de agregado;

77

57 54

35

77 72

64

41

94 88

64

52

0

20

40

60

80

100


f ctm

,BE

AL/f

ctm

,BA

N (

%)

a/c = 0,35

a/c = 0,45

a/c = 0,65

0

2

4

6

0 20 40 60 80 100

f ctm

,sp (

MP

a)

fcm (MPa)

Estudo actual

EN 1992 [16]

ACI 318 [18]

Chandra [4]

Gesoglu [17]

Bogas e

Nogueira [11]

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

f ctm

,sp,e

xp

erim

enta

l (M

Pa)

fctm,sp,cálculo (MPa)

EN 1992 [16]

0 15 30

0

1

2

3

4

5

f ctm

,sp (

MP

a)

%CZ ou %FC

Leca_cinzas

Stalite_cinzas

AN_cinzas

Leca_filer

Stalite_filer

AN_filer



8

• A expressão definida na EN 1992-1 [16] conduziu a estimativas ligeiramente conservativas do módulo de

elasticidade. Esta expressão não tem em consideração a influência de fL na variação da relação entre Ecm e fcm;

• A consideração de diferentes tipos de ligante teve influência pouco significativa no módulo de elasticidade;

• A resistência à tração variou de forma significativa com o tipo de agregado, tipo de ligante e relação a/c. Nos BEAL

de menor compacidade produzidos com agregados de maior massa volúmica foi possível atingir resistências à tração

semelhantes à dos betões convencionais de massa volúmica normal;

• As expressões definidas no ACI 318 [17] e EN 1992-2 [16] permitiram estimativas aproximadas da resistência à

tração nos BEAL, independentemente do tipo de agregado. A expressão sugerida na EN 1992-2 [16] conduziu a

estimativas conservativas de fctm,sp para erros inferiores a 15%.

5. AGRADECIMENTOS

O presente trabalho de investigação foi financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), através do

projeto PTDC/ECM-COM1734/2012. Os autores agradecem ainda o apoio do CEris – ICIST/IST no financiamento do

presente trabalho e a colaboração das empresas Saint-Gobain Weber Portugal, Argex, Stalite, Lytag, SECIL e BASF

pelo fornecimento dos materiais utilizados durante a campanha experimental.

6. REFERÊNCIAS

[1] FIP. “FIP manual of Lightweight aggregate concrete”. FIP, 2nd

edit, Surrey University Press, 1983, 259p.

[2] Bogas, J. A.; Gomes, A.; “Compressive behavior and failure modes of structural lightweight aggregate concrete –

Characterization and strength prediction”. Material and Design, Volume 46, 2013, pp. 832-841

[3] ACI Committee 213, 2003, Guide for Structural Lightweight-Aggregate Concrete. CI, Farmington Hills.

[4] Chandra, S.; Berntsson, L. (2003). Lightweight aggregate concrete, Science, Technology and applications. USA,

Noyes publications - William Andrew Publishing.

[5] FIP, 1983, FIP manual of Lightweight aggregate concrete. 2nd

edition, Surrey University Press.

[6] Zhang, M.H.; Gjørv, O. E. (1991). Mechanical properties of high-strength lightweight concrete. ACI Mater. J., Vol

88, N.29, pp. 240-247

[7] Bogas JA, Gomes A. Static and dynamic modulus of elasticity of structural lightweight concrete with and without

nanosilica. International Journal of Civil Engineering, Vol 12 (2), 268-278, 2014

[8] Guo, Y.S.; Ding, J.T.; Kimura, K.; Li, M.; Song, P.J.; Huang, M.J. (2000). Comparision of properties of high

performance LWA and normal LWA. Proc. 2nd

Int. Symp. on structural LWC, Kristiansand, Norway, pp. 540-547.

[9] Hoff, G. C. (1992). High strength lightweight aggregate concrete for Arctic applications – parts1,2,3. Structural

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[10] Haque M.N.; Al-Khaiat, H.; Kayali, O. (2004). Strength and durability of lightweight concrete. Cem. Concr.

Compos., Vol 26, N. 4, pp. 307-314.

[11] Bogas JA, Nogueira R. Tensile Strength of Structural Expanded Clay Lightweight Concrete Subjected to Different

Curing Conditions. KSCE Journal of Civil Engineering, Vol 18 (6), 1780-1791, 2014

[12] Yoshitaka, I.; Tomosawa, F.; Hayakawa, M.; Sasahara, A.; Yasuda, M. (2000). Fundamental characteristics of

concrete using high strength artificial lightweight aggregate made of fly ash. Proc. 2nd Int. Symp. on structural

LWC, Kristiansand, Norway, pp. 593-602.

[13] Thorenfeldt, E. (1995). Design Criteria of Lightweight Aggregate Concrete. Proc. Symp. on structural LWC,

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[14] Bamforth, P.B.; Nolan, E. (2000). UK high strength LWAC in construction. Proc. 2nd Int. Symp. on structural

LWC, Kristiansand, Norway, pp. 440-452.

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severe marine environments. Us Army corps engineers, ERDC/SL TR-00-3.

[16] EN 1992-1-1. Eurocode 2: Design of concrete concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings.

European Committee for standardization CEN, 2004, 225p.

[17] ACI Committee 318, 2008, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. ACI, F. Hills.

[18] Gesoglu, M.; Ozturan, T.; Guneyisi, E.; “Shrinkage cracking of lightweight concrete made with cold-bonded fly

ash aggregates”. Cement and Concrete Research, Volume 34, 2004, pp. 1121-1130

[19] Bogas JA, Gomes A, Gloria MG. Estimation of water absorbed by expanding clay aggregates during structural

lightweight concrete production. Mater. Struct. Vol 45, nº10; 1565-1576, 2012

[20] EN 12390-3. “Testing hardened concrete. Compressive strength of test specimens”. CEN, 2009. 19p.

[21] LNEC E 397 Betões. Determinação do módulo de elasticidade em compressão. LNEC, Lisboa, 1993, 2p.

[22] EN 12390-6. “Testing hardened concrete. Tensile splitting strength of test specimens”. CEN, 2009. 14p.

[23] Pontes, J.; Bogas, J. A.; Real, S.; Gloria Gomes, M. – Resistência à compressão e eficiência estrutural de betões

produzidos com agregados leves de diferente massa volúmica, CONPAT 2015, Lisboa, 2015

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946502001415?_alid=1845020835&_rdoc=43&_fmt=high&_origin=search&_docanchor=&_ct=616&_zone=rslt_list_item&md5=b0ab3fc8ad4cfcc6145f19ce501b3a8a

caracterização mecânica de betões estruturais de agregados ...cp2015/link/papers/6850.pdf ·...

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