Betão Branco - Fab+Caract+UtilizEstrut

BETÃO BRANCO FABRICO, CARACTERÍSTICAS E UTILIZAÇÃO ESTRUTURAL

A. Adão da Fonseca Ângela Nunes

BETÃO BRANCO Fabrico, características e utilização estrutural

A. Adão da Fonseca Engenheiro Civil, AFA - Consultores de Engenharia, Lda. Professor Catedrático da FEUP Ângela Nunes Eng.ª Responsável do Laboratório de Betões da SECIL, S.A.

Comunicação apresentada nas 2as Jornadas de Estruturas de Betão Comportamento em Serviço de Estruturas de Betão Porto, 24 de Abril de 1998 Organizadas pelo Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Sumário Neste trabalho são descritas as particularidades mais importantes do fabrico do betão branco, desde os seus componentes às condições de colocação em obra e desmoldagem. As características mecânicas do betão branco são depois apresentadas e salientam-se alguns aspectos mais relevantes da sua utilização estrutural.

Abstract The purpose of this work is to describe the most important features of the production of white concrete, covering the concrete components and conditions of in situ application. The mechanical characteristics of white concrete are presented and some more relevant aspects of its structural use are emphasised.

1 Fabrico

1.1 | Materiais constituintes

Quadro 1 – Comparação entre cimentos brancos e cinzentos

1.1.1 | Cimento O cimento branco é um cimento Portland e portanto apresenta um comportamento idêntico ao dos seus homólogos cinzentos, desde que do mesmo tipo e classe de resistência. Porém, existem algumas ligeiras diferenças que é importante ter em conta na produção de betão branco, devendo ser tomadas algumas medidas específicas.

No quadro 1 apresenta-se uma comparação das suas principais características.

Quanto às características físicas, existem duas diferenças directamente relacionadas entre si: finura e início de presa. De facto, tendo como objectivo aumentar a brancura dos cimentos brancos, eles são em geral mais finos e apresentam uma maior superfície específica (Blaine). Consequentemente, os cimentos brancos são mais reactivos em contacto com a água.

Ainda por cima, o gesso utilizado no seu fabrico é, necessariamente branco, quase sempre já em forma desidratado, pelo que a sua eficiência como regulador de presa é inferior, agravando mais um pouco aquele comportamento.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS ENSAIOS QUÍMICOS

CLASSES DE CIMENTO BR II32,5 R

II32,5

BR I42,5 R

I42,5 R

Perda ao fogo

P.F.

(%)

7,17

6,66

3,20

2,87

Resíduo insolúvel

R.I.

(%)

0,24

3,16

0,28

2,70

Sílica

SiO2

(%)

19,47

20,52

21,65

21,60

Alumina

Al2O3

(%)

3,42

4,71

3,71

5,40

Óxido de ferro

Fe2O3

(%)

0,26

3,13

0,27

3,20

Cal

CaO

(%)

65,73

59,61

66,88

59,80

Magnésia

MgO

(%)

0,25

1,96

0,28

1,86

Sulfatos

SO3

(%)

2,81

2,50

3,10

2,75

Dióxido de potássio

K2 O

(%)

0,48

0,70

0,69

0,00

Dióxido de sódio

Na2O

(%)

0,10

0,11

0,14

0,00

(%)

2,64

0,96

2,36

0,72

Cal livre

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS ENSAIOS FÍSICOS

3

CLASSES DE CIMENTO BR II32,5 R 3

Massa volúmica

II32,5

BR I42,5 R

I42,5 R

(g/cm )

3,05

3,11

3,07

3,12

2

(cm /g)

4420

3300

4200

3800

Princípio

(min.)

60,0

136,0

57,0

135,0

Fim

(min.)

92,0

220,0

89,0

280,0

Expansibilidade

(mm)

0,01

0,16

0,01

0,50

84,8

30,7

84,0

29,4

Superfície específica Tempo de presa ao ar

Brancura

CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS ENSAIOS MECÂNICOS

Resistência à compressão

Com uma maior finura do (MPa) cimento surge uma maior resistência mecânica, Resistência à flexão nomeadamente nas idades jovens. Por outro lado, sendo o (MPa) cimento constituído por partículas de menores dimensões, a quantidade de água necessária para a aquisição de uma determinada trabalhabilidade é superior, o que, caso não sejam tomadas medidas alternativas, poderá acarretar um aumento da porosidade e da retracção plástica destes betões.

2 dias

CLASSES DE CIMENTO BR II32,5 R

II32,5

BR I42,5 R

I42,5 R

21,40

17,10

28,50

26,80

7 dias

34,20

28,70

43,20

39,00

28 dias

47,40

38,90

56,60

51,60

2 dias

4,10

3,50

4,80

5,70

7 dias

5,80

5,30

6,80

7,60

28 dias

7,30

6,90

8,00

8,90

Simultaneamente, é mais rápido o desenvolvimento do calor de hidratação, comparativamente com os cimentos cinzentos de igual teor em aluminato tricálcico no clínquer. Esta situação deverá ser compensada através de medidas de protecção, de modo a evitar-se que peças de maiores dimensões

1 Fabrico

possam vir a fissurar pelos gradientes térmicos gerados.

O cimento branco é um produto nobre da Indústria Cimenteira e tem vindo a ter, em Portugal, uma evolução muito positiva da sua brancura, a qual é um parâmetro essencial de avaliação da sua qualidade. De facto, o esforço desenvolvido tem-se revelado frutífero e é bem evidente no gráfico da figura 1.

Com efeito, em Portugal fabrica-se já cimento branco que, quer na brancura quer nos restantes parâmetros de qualidade, são idênticos aos Europeus, nomeadamente espanhóis e franceses.

Evolução das características colorimétricas do Cimento Branco CIBRA 0,5

84

0,4

82

0,3

80 0,2

78

0,1

76 74

0,0 1992

1995 Brancura

1996

1997

Óxidos

Figura 1 – Evolução da brancura do cimento branco

% de Óxidos Pigmentantes

86 Índice de Reflectância

4

Sabendo-se que a cor branca se deve à quase ausência de óxidos pigmentantes, tais como os óxidos de ferro, de crómio e de alumínio, entre outros, é então facilmente previsível a correlação entre a diminuição daqueles teores e a brancura do cimento. Assim, todo o esforço colocado na lavagem dos calcários e na sua pureza, nas contaminações provenientes dos caulinos brancos, nas areias, no processo de moagem de cru e de cimento e nas contaminações industriais de transporte, armazenagem e distribuição, conducentes à diminuição daqueles teores, reflecte-se directamente naquele parâmetro de qualidade.

1.1.2 | Inertes Os inertes são o constituinte maioritário do betão e desempenham um papel primordial na sua qualidade. Os requisitos normalmente exigidos para o betão cinzento em peças estruturais são em geral válidos para o betão branco, mas a Especificação LNEC 373 – Verificação da Conformidade de Inertes – referida pela ENV NP 206 é pouco exigente no teor permitido para os finos (argilas) e materiais solúveis (matéria orgânica), quando aplicada a betões brancos.

De facto, uma areia com um teor de finos inferior a 3%, de acordo com a NP 86, é aceitável segundo aquela Especificação, mas os requisitos de homogeneidade de cor do betão branco pedem um controlo mais apertado daquele teor. Com efeito, a utilização de areias com teores variáveis até aquele valor conduzirá a oscilações importantes da tonalidade do betão branco que afectará a homogeneidade da cor nos paramentos das peças. É sabido que as exigências de qualidade das superfícies dos paramentos são atingidas através do correcto dimensionamento e opacidade da espessura da camada de pele do betão. Nos betões cinzentos, a opacidade desta camada é facilmente conseguida, sendo a camada essencialmente constituída por partículas de cimento. Mas nos betões brancos, a espessura da camada de pele terá de ser superior (ver figura 2) e faz todo o sentido a utilização de fíleres, quer por razões de ordem económica quer por razões de ordem técnica, pois uma excessiva dosagem em cimento implica maior calor de hidratação e maior risco de fissuração.

Contudo, a tonalidade dos fíleres vai influenciar consideravelmente a tonalidade dos betões brancos, no quadro 2 evidenciando-se o seu efeito na capacidade do betão em reflectir a luz, denominada por índice de reflectância e determinada a partir de medições colorimétricas em que ao branco puro corresponderá um índice de reflectância de 100.

1 Fabrico

Variação do Índice de Reflectância em Função da Natureza do Fíler

armazenagem de quantidades de materiais suficientes, como forma de garantir a sua homogeneidade.

Betão com dosagem de 380 kg/m3 de cimento BR I42,5 Cofragem em contraplacado marítimo Idêntica dosgem de fíler

Tipo de Fíler

Índice de Reflectância

Calcáreo

73

Silicioso

78

Mármore

82

Quadro 2 – Variação do índice de reflectância

Mas para além da tonalidade, a natureza do fíler é também importante, porque se o material de origem tiver uma maior absorção (caso dos calcários), o fíler aumenta a tensão superficial e a coesão do betão, absorvendo o excesso de água livre libertada aquando da vibração. Assim se minimiza a tendência para a migração de finos, que muito danificam o paramento, conforme se verifica na fotografia 1.

Os inertes grossos, designadamente as britas, têm um papel menos relevante, podendo assumir cores mais escuras. Contudo, a tonalidade destes materiais tem de ser considerada ao dimensionar a espessura da pele do betão, a qual terá de absorver os sombreados provenientes dos inertes escuros.

Evidentemente, por questões de ordem económica e na presença de variedade de cor, os inertes grossos de cor clara terão vantagens pois permitirão uma diminuição da espessura da pele, portanto da quantidade de elementos finos: cimento e fíler.

Em síntese, importa utilizar inertes bem lavados ou de características homogéneas no referente aos teores de argilas e de matérias orgânicas. É aconselhável, no caso de betonagens de elementos de grandes dimensões, ou que possam constituir um conjunto importante na aparência da obra, prever-se a

5

Figura 2 – Efeito de parede

1 Fabrico

durante tempo suficiente para a aplicação em obra e as necessidades de obter um betão compacto, com baixas relações de água/cimento, de modo a garantir-se uma boa durabilidade e resistência, requerem a utilização de dosagens de adjuvante superiores às normais.

Fotografia 1 – Paramento danificado pela migração de finos durante a vibração

6 1.1.3 | Adjuvantes Actualmente, os adjuvantes desempenham um papel cada vez mais importante no fabrico e aplicação dos betões. O betão branco não é excepção e, atendendo às características específicas do cimento, já enunciadas anteriormente, torna-se mesmo imperativo utilizar adjuvantes para garantir uma consistência fluida para uma correcta aplicação do betão. Com efeito, a manutenção dessa consistência

do betão.

Assim, a utilização de fluidificantes é plenamente justificada, devendo-se incorporar produtos preferencialmente incolores, pois a quantidade de fluidificante a introduzir já é importante e poderia afectar negativamente a cor

O uso de retardadores no betão branco é também quase sempre necessário para controlar o rápido início da presa do cimento branco. A dosagem habitual varia entre 0,3 e 0,6%, em função do produto e do fabricante, devendo-se, para cada caso, avaliar qual a dosagem necessária para compatibilizar a manutenção das trabalhabilidades necessárias com a velocidade das betonagens. Desta forma evitam-se defeitos superficiais graves, como sejam a formação de juntas de betonagem, bem visíveis na fotografia 2 e motivadas por espera não compatível com a perda de trabalhabilidade do betão da primeira camada, o qual não pode depois ser homogeneizado com o betão da camada superior.

Fotografia 2 – Junta de betonagem formada por falta de homogeneização do betão

1 Fabrico

betões, de que resultará uma degradação precoce do aspecto do betão branco por corrosão das armaduras. Sendo assim, então será prudente aumentar o recobrimento das armaduras.

1.1.4 | Armaduras O estado da superfície das armaduras tem a maior relevância para a qualidade dos paramentos das peças em betão branco, porque as películas destacáveis de óxido migram rapidamente para a pele superficial do betão fluido, contaminando-a.

Assim, é fundamental ter os maiores cuidados na limpeza e armazenagem das armaduras.

teor em Cl- (%)

A protecção das armaduras de espera é também necessária, pois, em ambiente húmido, bastam algumas horas para as armaduras oxidarem e surgirem 0,45 escorrências desagradáveis sobre 0,40 as superfícies já betonadas. Essa protecção é frequentemente 0,35 conseguida pela pintura das 0,30 armaduras de espera com tintas epoxídicas ou à base de 0,25 poliuretanos.

Em muitas 0,20 situações, caso a importância da obra justifique ou na dificuldade 0,15 prática de pintura das armaduras 0,10 de espera, é possível proceder à protecção generalizada das 0,05 armaduras através de 0,00 tratamentos à base de 0 hidroepóxis ou outros.

Em conclusão, atendendo aos resultados obtidos para iguais circunstâncias de difusão de cloretos, o recobrimento das armaduras deverá ser aumentado em cerca de 1 cm, de modo a “acertar” as diferentes velocidades de penetração registadas.

7

0,5

1

1,5

2

2,5

profundidade (mm)

3

3,5

4

De qualquer modo, perante a limite NP 206 (betão armado) limite NP 206 (betão pré-esforçado) sensibilidade da superfície de um betão branco betão corrente paramento de betão branco, é necessário ter cuidados especiais Figura 3 – Perfis de penetração de cloretos, determinados em betões brancos e cinzento (cimentos Br I 42,5 e I 42,5 R) com no correcto posicionamento das armaduras e é dosagens de 300 kg/m3 e de composição trabalhabilidade prudente aumentarem-se os recobrimentos habituais. idênticas, embora diferindo no ligante utilizado Com o objectivo de estudar este requisito, determinou-se laboratorialmente a penetração de cloretos em dois betões (um branco e outro cinzento) 1.2 | Materiais acessórios de iguais dosagens e com igual trabalhabilidade, tendo-se obtido os resultados apresentados na 1.2.1 | Cofragens figura 3.

A cofragem é um verdadeiro negativo de extrema Na verdade, as diferenças encontradas devem-se precisão que marca definitivamente o paramento das essencialmente às diferentes porosidades dos betões, peças em betão aparente desmoldado. No caso do directamente relacionadas com a relação betão branco, a sua importância torna-se primordial água/cimento utilizada para ser conseguida a mesma e todos os cuidados na sua concepção, tratamento, consistência com a mesma quantidade de adjuvante, aplicação e desmontagem são determinantes. No pois nestas circunstâncias o betão branco necessita quadro 3 destaca-se a diferença de cor branca de mais água. A solução correcta consiste em obtida com cofragens metálica e em contraplacado aumentar a quantidade de adjuvante na produção de marítimo, obtida para o mesmo betão e por via de betão branco e manter a quantidade correcta de medições colorimétricas. água, mas na obra poderá haver tendência a utilizar a mesma dosagem de adjuvante para ambos os

1 Fabrico

BETÃO B35/15 FLUÍDO

Fíler de mármore e dosagem de 400 kg/m3 de cimento BR I42,5

Tipo de Cofragem

Índice de Reflectância

Índice de Brancura

Metálica

77

53

Contraplacado

84

69

Quadro 3 - Comparação da cor obtida com cofragens distintas

8

A escolha do tipo de cofragem a utilizar dependerá essencialmente do tipo de peças a betonar e do tipo de acabamento pretendido. No caso de betão aparente desmoldado, é fundamental assegurar a qualidade das superfícies e portanto tem de haver grande rigor na definição da estereotomia e na vedação das ligações entre painéis das juntas, de modo a evitar a perda de leitada. A utilização de mástiques, silicones e juntas de borracha é então imprescindível. Um exemplo de sucesso deste tipo de procedimentos é o do Pavilhão do Conhecimento dos Mares, construído no recinto da Expo 98 e a que se refere a fotografia 3.

Simultaneamente, e face aos impulsos da betonagem, que poderão condicionar a própria velocidade de betonagem, há que estudar para cada caso a deformabilidade do sistema de cofragem e a sua estrutura de suporte.

A cofragem metálica permite a betonagem de peças mais arredondadas e torneadas, e a sua maior resistência e rigidez assegura, em geral, uma maior capacidade para absorver os impulsos do betão fluido. Assim se evita o surgimento de deformações nas peças, especialmente de maiores dimensões, e se torna mais aceitável aplicar a vibração directamente no molde, o que beneficia a qualidade do acabamento superficial. Claro, a durabilidade da cofragem metálica é outra vantagem evidente.

Porém, a limpeza e manutenção deste tipo de cofragem é difícil, caso não esteja prevista uma grande rotatividade, sendo notório o efeito negativo resultante da sua oxidação superficial. As contaminações tingem a pele em profundidade (pelo menos em 2 mm) e deixam marcas quase sempre difíceis de apagar (ver fotografias 4 e 5). Assim sendo, em muitas situações justifica-se o revestimento da cofragem com chapas de aço inox, com evidentes vantagens de custo/benefício.

Fotografia 3 – Pavilhão do Conhecimento dos Mares em construção

1 Fabrico

betão fresco. Na fotografia 6 apresenta-se um exemplo de contaminação pelo fenol.

Fotografia 4 - Aspecto geral da mancha à superfície

Existe ainda uma gama de outras possibilidades que permitem a obtenção de texturas superficiais diversas, indo até à superfície de aparência cerâmica. As cofragens em fibra de vidro, acrílicas e os elastómeros proporcionam resultados que merecem ser explorados pelos Arquitectos e Engenheiros, apresentando-se na fotografia 7 o caso interessante da construção em curso da Catedral de Barcelona, em que se respeita o projecto de António Gaudi mas se utiliza betão branco. Todavia, estes sistemas somente são viáveis em peças especiais ou de pequenas dimensões, e de preferência com grande rotatividade, como ocorre na préfabricação.

9

Fotografia 5 - Corte transversal da contaminação por ferrugem visto no microscópio óptico

Fotografia 6 - Efeito da contaminação pelo fenol

Fotografia 7 - Pormenor da Catedral de Barcelona

A cofragem em contraplacado marítimo é realizada em sistemas mais aligeirados, associados a uma maior versatilidade e economia relativa.

Havendo baixa rotatividade dos moldes, estes sistemas podem ter vantagens económicas importantes.

Claro, a qualidade do contraplacado aplicado e do respectivo tratamento fenólico irão condicionar o acabamento final, pois o tratamento referido tem de ter um comportamento estável perante o hidróxido de cálcio libertado pelo

1 Fabrico

1.2.2 | Desmoldantes A utilização de desmoldantes correntes à base de óleos minerais é completamente inadequada, pois manchariam de imediato a superfície do betão. Pelo contrário, as ceras parafínicas, aplicadas em película fina e contínua e com auxílio de uma pistola, parecem ser os produtos mais adequados. As suas propriedades tenso-activas permitem a atracção das partículas mais finas para a superfície, facilitando a libertação do ar à superfície e a colmatação desses vazios.

1.2.3 | Espaçadores

10

A selecção do tipo de separadores a utilizar é bem sabido ser também importante, no caso do betão branco só sendo possível assegurar uma máxima continuidade de cor se eles forem igualmente em betão branco e de formas estudadas para o fim em vista. Os espaçadores em plástico branco poderão ser uma alternativa, mas os primeiros apresentam a vantagem de serem mais rígidos e de garantirem maior apoio, sendo pois mais eficazes no posicionamento das armaduras.

superiores a 50 cm, pois de contrário o peso próprio da camada de betão não permitirá, mesmo com uma vibração forte, a libertação das bolhas de ar que se deslocaram para as faces laterais.

A vibração tem de ser preparada e executada com especial cuidado, pois é bem sabido ser uma tarefa de grande importância para a obtenção de bons resultados finais. Ela deverá ser aplicada de forma contínua ao longo da peça e, de modo a garantir a homogeneidade das diferentes camadas aplicadas, com um correcto posicionamento. Para isso pode ser necessário dispor simultaneamente de um número relativamente elevado de unidades de vibração.

Na fotografia 8 apresenta-se um exemplo de marmoreado devido à deficiente homogeneização do betão.

A preparação antecipada e devidamente estudada de todas as operações de betonagem é absolutamente imprescindível, avaliando-se bem os meios materiais e humanos que tem estar envolvidos e quais os meios auxiliares necessários para que as condições de trabalho sejam as apropriadas e assim não surjam dificuldades não previstas.

1.3 | Tecnologia de execução Um requisito básico é a existência de instalações convenientes para a armazenagem dos inertes, de modo a evitar contaminações. Por outro lado, para se obter uma coloração homogénea do betão, a central deve ser de via húmida e garantir a mistura correcta dos constituintes do betão, sendo utilizada exclusivamente no fabrico do betão branco.

Após todos os procedimentos cautelares referidos, não faria sentido correr riscos de contaminação com a utilização de material de transporte e bombagem em condições de deficiente limpeza. Se o volume de obras o possibilitar, este material deve ser colocado ao serviço exclusivo do betão branco.

A colocação do betão fluído deverá ser sempre executada em camadas com espessuras não

Fotografia 8 - Marmoreado devido à deficiente homogeneização do betão

1 Fabrico

Uma obra em betão branco aparente desmoldado exige um empenhamento especial de todos os envolvidos, sendo fundamental que os intervenientes estejam bem conscientes da importância da sua função e das implicações que o seu mau desempenho terá na falência do trabalho. A execução de protótipos pode ser a única via para, além de permitir o treino das diversas tarefas, conseguir que todos tomem consciência desse facto.

Em peças de grande valor arquitectónico e desde que se encontrem reunidas as condições enumeradas anteriormente, é preferível proceder-se, sob risco controlado, à betonagem dessas peças. De facto, a betonagem por troços deixará, por muito cuidada que seja a preparação das juntas, sempre defeitos inestéticos passíveis de não terem solução, para além de assim se adulterar o objectivo de conseguir uma imagem de monolitismo escultórico que afinal só é passível atingir, em grande escala, com este material.

Foram estes os procedimentos seguidos na obra do Pavilhão do Conhecimento dos Mares, onde só após a consciencialização e preparação de todos foi possível proceder a operações de betonagem como a apresentada na fotografia 9.

Fotografia 9 - Operação de betonagem da parede/viga do lado Nascente do Pavilhão do Conhecimento dos Mares

1.4 | Desmoldagem, superficial

cura

e

protecção

O controlo da retracção plástica e o conhecimento das variações de temperatura no interior da massa de betão e no exterior condicionam muito os tempos de cura e desmoldagem das peças a betonar. Assim, é importante, especialmente no caso de peças mais sensíveis, estarem disponíveis dados laboratoriais que permitam avaliar a preponderância destes factores e decidir, em cada caso, o momento mais conveniente para se proceder àquelas operações.

Em termos de resistência e de retracção plástica, é sabido que a cura do betão beneficia de uma desmoldagem tão tardia quanto possível, mas é também conhecido que a permanência do molde, sobretudo na presença de humidades, favorece extraordinariamente o surgimento de manchas nos paramentos, sendo pois, nesta perspectiva, conveniente desmoldar-se o mais rapidamente possível.

A compatibilização destes dois factos opostos tem ser avaliada perante cada caso e em função da sua importância relativa.

O processo mais fácil para manter boas condições de humidade durante a cura continua a ser a água corrente, preferencialmente aplicada de uma forma tão difusa possível. Em situações em que tal não aconteceu ocorreram manchas de escorrências devidas à diferenciação das superfícies onde a água escorreu, provavelmente devido à diferenciação dos graus de hidratação da pele do betão. As membranas de cura testadas até à data conduziram igualmente à formação de manchas e à alteração da cor do betão.

Uma grande vantagem do betão aparente desmoldado reside nos seus baixos custos de manutenção, os quais se resumem quase sempre a uma lavagem com jacto de água de intensidade controlada, geralmente com auxílio de soluções de limpeza. Contudo, verificase que uma protecção superficial à base de hidrófugos de superfície

11

1 Fabrico

assegura uma durabilidade de boa aparência ainda mais duradoura.

Existe uma gama variada de famílias químicas para estes produtos, tendo cada uma delas particularidades próprias, permitindo a obtenção de diversos efeitos superficiais. Os silanos e siloxanos permitem manter as superfícies tal e qual, sem alteração de cor, enquanto que os produtos à base de resinas acrílicas e fluoretadas podem dar toques acetinados ou até mesmo corrigir deficiências de homogeneidade de cor.

12

2 Características

2.1 | Composição

2.2 | Betão fresco

Atendendo à importância da qualidade, opacidade, homogeneidade e brancura da superfície aparente do betão, o estudo da composição destes betões necessita de uma abordagem ligeiramente diferente da habitual, pois, como foi referido, o teor de finos a incorporar de modo a atingirem-se os objectivos pretendidos é bastante superior.

O Pavilhão do Conhecimento dos Mares obrigou a algumas betonagens cuja grande importância e grande volume exigiu um estudo cuidado das características do betão no seu estado fresco, de modo a compatibilizar a manutenção das trabalhabilidades com os ritmos impostos pela Central disponível (35 m3/hora) e com a deformação admissível para as cofragens. Assim, estabeleceu-se que a betonagem se devia processar por camadas de cerca de 30 a 40 cm de altura e a um ritmo de cerca de 60 cm de altura total por hora (2 camadas por hora), o que obviamente implicou garantir as trabalhabilidades por um período de cerca de 45 minutos, de modo a assegurar com alguma margem de segurança a correcta homogeneização das camadas.

No caso do Pavilhão do Conhecimento dos Mares, em que o objectivo era a obtenção de um betão apenas de brancura média (índice de reflectância ≥ 78), mas homogéneo e quanto possível económico, fez-se aliás um grande esforço para encontrar materiais locais. Quanto aos elementos mais finos, optou-se pela utilização conjunta do cimento Br tipo I 42,5, por dar maior garantia de homogeneidade de coloração, de um fíler calcário fabricado a partir de calcários da região de Lisboa, com dimensão máxima de 150 microns, e, finalmente, de uma areia siliciosa lavada, muito branca, da região de Coina, vulgarmente utilizada para estuques. Os restantes inertes foram os habitualmente utilizados no fabrico de betões correntes, evidentemente de qualidade compatível, isto é, areias siliciosas lavadas e britas calcárias.

Na figura 4 representa-se o estudo efectuado para determinar a dosagem de retardador a utilizar, em função dos condicionalismos referidos. Todo o betão foi aplicado com “slumps” de 18 ± 2 cm no início da betonagem, no final da betonagem exibindo ainda valores superiores a 14 cm.

Trabalhabilidade ao longo do tempo B35/15 Fl.* Pavilhão do Conhecimento dos Mares

No quadro 4 apresenta-se a composição utilizada, podendo constatar-se haver uma dosagem substancialmente superior de elementos finos, comparativamente aos betões correntes.

Unid.

Quant.

Cimento

(kg/m3)

380

Fíler calcário

(kg/m3)

70

Areia branca fina

(kg/m3)

320

Areia grossa

(kg/m3)

440

Brita calcária

(kg/m3)

1050

Fluidificante para betão branco

% peso de cimento

1,5

Retardador de presa Relação água/cimento

20 18 16

slump (cm)

Produto

13

14 12 10 8 6 4 2 0 0

30

60

90

120

tempo (min.)

0,4 0,43

Quadro 4 – Composição utilizada no betão branco do Pavilhão do Conhecimento dos Mares

0,3% Ch E

0,4% Ch E

0,5% Ch E

0,6% Ch E

Figura 4 – Estudo de trabalhabilidade do betão fresco (*) Dosagem de cimento – 380 kg/m3 ; Fluidificante – Chrysofluid M40 – 1,5%

Um outro controlo importante das características betão fresco prende-se com a constância dosagem de água utilizada. Assim, a variação dosagem de água durante o fabrico deverá

do da da ser

2 Características

mínima e todos os restantes factores que envolvem a produção deverão ser tão estáveis quanto possível de modo a garantir-se homogeneidade de tonalidade ao longo da peça betonada.

2.3 | Betão endurecido O quadro 5 mostra as características mecânicas médias do betão branco aplicado no Pavilhão do Conhecimento dos Mares, bem como os valores expectáveis para a retracção aos 28 dias de idade e para o módulo de elasticidade dinâmico e os índices de reflectância atingidos após a desmoldagem da cofragem de contraplacado marítimo.

Produto

Unid.

Quant.

1 dia

MPa

22,5

2 dias

MPa

30,0

7 dias

MPa

40,0

28 dias

MPa

49,8

MPa

5,8

mm/m

0,37

MPa

48950

Resistência à compressão

14

Resistência à flexão - 28 dias Retracção - 28 dias Modulo de elasticidade - 28 dias Indice de Reflectância

80,0

Quadro 5 – Características do betão branco endurecido aplicado no Pavilhão do Conhecimento dos Mares

Como se verifica, e como consequência das resistências mecânicas elevadas destes cimentos e das dosagens importantes presentes nas composições, estes betões exibem elevadas resistências mecânicas logo às primeiras idades.

No tocante à aparência das superfícies desmoldadas, foi possível obter-se uma aparência homogénea, com índice de reflectância médio de 80.

O sucesso da aplicação de betão estrutural aparente desmoldado branco apenas tem de passar o teste do seu comportamento ao longo do tempo. Com vista a encontrarem-se algumas respostas para esta questão, elaborou-se um programa de ensaios de envelhecimento acelerado que permitisse avaliar o comportamento do betão sujeito à envolvente de características marítimas do recinto da Expo 98, portanto razoavelmente agressiva. Este programa ainda não chegou ao termo, porém podem referir-se

alguns dos resultados já obtidos e que aliás foram tidos em conta no próprio estudo da composição e na tomada de uma série de medidas construtivas já referidas.

Os ensaios efectuados em câmaras de nevoeiro salino, com soluções de sulfato de sódio, permitiram concluir que o comportamento destes betões não se afasta consideravelmente do verificado em betões correntes de idêntica porosidade.

Os ensaios de absorção capilar foram igualmente bastante satisfatórios e, mais uma vez, confirmou-se a sua relação directa com a porosidade dos betões, isto é, a relação água/cimento utilizada.

Todavia, sendo betões de grande reflectância e expostos directamente à vista, interessava que eles mantivessem, o máximo possível, uma aparência limpa e homogénea. Efectuaram-se então estudos com famílias de hidrófugos de superfície à base de silanos e siloxanos, pois pretendia-se que o betão se mantivesse sem qualquer alteração de cor após a aplicação destes produtos. Estes estudos visavam, por um lado, conhecer o efeito directo da sua aplicação sobre a superfície de betão, e, por outro lado, conhecer o envelhecimento desse efeito após a exposição a 800 horas de radiação UV em Câmara Climática. Os resultados obtidos para a absorção capilar após o ensaio de envelhecimento foram muito idênticos aos inicialmente encontrados, não se tendo detectado alteração de cor dos provetes, nomeadamente amarelecimento. No quadro 6 encontram-se os valores determinados.

ABSORÇÃO CAPILAR Betão B35/15 Fluido Absorção capilar

Altura de ascensão capilar

(g/mm2)

(mm)

Sem produto

0,01

58,8

Familia de produtos A

0,00013

6,5

Familia de produtos B

0,0041

10,5

Produto

Quadro 6 – Resultados comparativos da absorção capilar verificados em betões com e sem aplicação de hidrófugos de superfície

3 Utilização estrutural

3.1 | O material estrutural como material arquitectónico Será argumentável afirmar que as mais belas obras de engenharia de estruturas e as mais belas obras de arquitectura são-no sempre em simultâneo, mas não pode deixar de se concordar que qualquer daquelas artes só se pode expressar plenamente se se desenvolverem em paralelo e de uma forma coordenada, em que os objectivos e requisitos de ambas são encarados como complementares duma grande arte comum. Até ao século XIX, essa arte comum legou-nos obras magníficas em que a estrutura e a arquitectura se confundem, talvez nas catedrais se encontrando o expoente máximo dessa dualidade. Com o alargamento dos conhecimentos chega a especialização, e a arquitectura, arte dos espaços e da componente plástica da construção, é separada da engenharia, que chama a si os conhecimentos técnicos e tecnológicos dessa mesma construção. Esta dicotomia tem nuances diversas nos variados países, mas em Portugal ela tem frequentemente assumido uma separação exagerada e prejudicial para ambas.

A engenharia de estruturas não pode evitar nem a realidade dos materiais existentes nem a realidade física em que a construção é materializada, e deve encontrar no espírito artístico a inspiração para a solução original que cada concepção possibilita, tal como a arquitectura não pode evitar nem a realidade do local e do programa de uma construção nem a realidade técnica e tecnológica existente, e deve encontrar no espírito científico o rigor necessário ao desempenho eficiente da sua arte.

O betão será a pedra artificial que possibilitará à arquitectura a moldagem livre e artística da estrutura visível, e, no sentido inverso, possibilitará à engenharia trabalhar na arte das formas, mas só o betão aparente desmoldado, isto é, com a aparência visual tal como surge após a retirada dos moldes, é que conseguirá em pleno tais objectivos. Por outro lado, betão aparente significa minimização dos pesos próprios dos elementos não estruturais, isto é, maximização da rentabilidade estrutural dos elementos construídos. E se se encarar a dimensão dada pela cor, concordar-se-á que é no branco que está simultaneamente a limpeza de cor e a riqueza de ser a síntese de todas as cores. Nesta perspectiva, o betão branco é um material de construção que combina características estruturais e arquitectónicas

que possibilitam soluções de extraordinária pureza e eficiência.

construção

de

3.2 | As qualidades estruturais intrínsecas às qualidades de aparência O betão branco é então um material particularmente estimulante para a concepção simultânea da engenharia de estruturas e da arquitectura, mas os objectivos de qualidade de aparência requeridos pela arquitectura têm de ser garantidos pela engenharia de estruturas. Ora tais qualidades do betão implicam durabilidade, e todas estas características são asseguradas essencialmente pela compacidade e “boa cura” do betão. Por sua vez, isto significa que o betão terá resistência elevada, quer à compressão quer, em certa medida, à tracção.

Portanto, a opção por betão aparente implica dispor de um betão de classe de resistência mais alta. E sendo branco, a ainda maior necessidade de grande cuidado em todas as operações dá garantias acrescidas dessa resistência e durabilidade, que são as características estruturais mais importantes de um betão.

Por outro lado, o controlo apertado da geometria das peças é inerente aos cuidados postos na preparação e colocação das cofragens (ver fotografia 10), pelo que os pesos próprios dos elementos estruturais construídos são os previstos em projecto.

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3 Utilização estrutural

Fotografia 10 – Aspecto da preparação e colocação das cofragens para betão branco aparente desmoldado

3.3 | Características e condicionantes fundamentais à utilização estrutural 16

O desenvolvimento do trabalho da engenharia de estruturas de uma construção poderá ser encarado em quatro fases – concepção, dimensionamento, detalhe e execução, a quarta fase já se tendo abordado no primeiro capítulo deste trabalho.

A primeira fase, a concepção, repete-se decorrer em simultâneo com a concepção da arquitectura e é nela que a topologia da estrutura e as suas soluções globais são estudadas e definidas. A segunda fase, o dimensionamento, vai permitir obter as dimensões exteriores dos elementos estruturais e decorre já com alguma autonomia relativamente à arquitectura, embora com uma consulta mútua muito frequente. A terceira fase, o detalhe, é característica do chamado projecto de execução e envolve a pormenorização de todos os aspectos necessários à execução da obra, só nalguns poucos pormenores havendo trabalho de coordenação com a arquitectura.

Estas fases não são compartimentáveis de uma forma estanque e são todas essenciais ao sucesso do projecto de estruturas, mas é indiscutivelmente na fase de concepção que as decisões fundamentais são tomadas, nela tendo de estar bem presentes todas as premissas implícitas em cada solução possível e tendo de ser bem conhecidas todas as suas implicações, embora muitas delas, talvez a maioria, só sejam incorporadas no projecto, de uma forma explícita, nas fases posteriores.

Neste trabalho foi já salientado que a opção por betão estrutural branco significa que o projecto de estruturas tem à sua disposição um betão de resistência mecânica elevada, de classe não inferior à C35/40, logo às primeiras idades.

O comportamento reológico do betão branco é basicamente idêntico ao dos betões correntes, mas tem ainda de ser mais profundamente estudado. A retracção total poderá ser menor, em consequência do melhor controlo do fabrico do betão branco, em particular da relação água/cimento, mas a sua evolução verifica-se ser mais rápida no início. A fluência está a ser presentemente estudada em laboratório, não havendo ainda informação que permita quantificar o comportamento do betão branco fabricado em Portugal, embora seja provável que, neste aspecto, se confirme não haver diferença entre os comportamentos do betão branco e do betão cinzento da mesma classe de resistência.

Muito importante é minimizar todo e qualquer tipo de fissuração do betão, não só porque, sendo aparente, está mais sujeito ao ataque do meio ambiente, mas também porque, sendo branco, exibirá mais notoriamente essa fissuração.

Estas características têm as mais diversas implicações no projecto de uma estrutura em betão aparente desmoldado branco.

Uma primeira é o aproveitamento das suas resistências mecânicas, ainda por cima disponível logo aos primeiros dias. Portanto, as cofragens e os escoramentos podem ser retirados mais cedo, indo aliás ao encontro da necessidade de evitar a contaminação dos paramentos pelas cofragens.

Mais, as condições de resistência do betão convenientes para a utilização de pré-esforço verificam-se.

Uma segunda resulta do melhor controlo da geometria dos elementos em betão branco, o que permite utilizar menores coeficientes de majoração das acções gravíticas.

3 Utilização estrutural

Uma característica não desprezável é o da cor branca significar que há um menor aquecimento do betão por efeito da radiação solar. Pelo contrário, o maior calor de hidratação gerado na presa do betão branco implica maiores gradientes de temperatura na cura dos elementos estruturais correspondentes. A isto soma-se o facto da retracção nos betões brancos ocorrer de uma forma mais acelerada, quando comparada com o que se passa nos betões cinzentos. De qualquer modo, e qualquer que seja a causa, é importantíssimo que em todas as fases do trabalho da engenharia de estruturas se procure minorar ou até anular as causas de fendilhação.

obrigar à independência temporária dos elementos pré-esforçados, para assim a pré-compressão se instalar onde projectado.

A retracção mais acelerada é uma característica que foi aproveitada na construção do Pavilhão do Conhecimento dos Mares, pois permitiu minorar os efeitos da retracção total ao planear-se de uma forma conveniente o faseamento das betonagens (ver fotografia 11).

Neste Pavilhão, o monolitismo e a hiperestaticidade da estrutura foram estudadas cuidadosamente pelos projectistas, tendo-se decidido proceder primeiro às betonagens independentes de lajes e paredes (vigas) e só depois, após ocorrer uma elevada percentagem da retracção esperada, se tendo realizado a betonagem de ligação (ver fotografia 12).

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O faseamento das betonagens respeita não apenas ao controlo da retracção mas também ao controlo da fluência, especialmente se o betão for préesforçado. Mais ainda se apenas algumas peças estruturais forem pré-esforçadas, situação que é comum em edifícios e que por vezes só por si pode Fotografia 12 - Betonagem separada das lajes e das paredes (vigas) no Pavilhão do Conhecimento dos Mares

Fotografia 11 - Aspecto faseamento das betonagens

do

3 Utilização estrutural

Note-se que o pré-esforço é frequentemente utilizado exclusivamente para anular ou, pelo menos, controlar as tensões de tracção, podendo não ser efectivamente necessário em termos de capacidade resistente. Por exemplo, a introdução de uma tensão de pré-compressão uniforme de cerca de 1 MPa, conseguida com cabos de monocordões não aderentes, nas paredes (vigas) longitudinais do Pavilhão do Conhecimento dos Mares, pretende minorar as tracções geradas pelas restantes acções e justifica-se apenas pela importância arquitectónica de tais peças.

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Mas o pré-esforço implica deformações longitudinais que são agravadas pela fluência, as quais, somadas aos efeitos da retracção e do abaixamento da temperatura, entram em conflito com a continuidade de uma grande estrutura. A compatibilização de todos estes factores levou, no caso do Pavilhão do Conhecimento dos Mares, à introdução de aparelhos de apoio deslizantes longitudinalmente sobre placas de teflon e localizados nos pilares em forma de L que suportam, junto à fachada norte, o grande vão definido longitudinalmente nesse Pavilhão (ver fotografia 13).

A fluência devida aos esforços de flexão é especialmente difícil de controlar, pelo que, independentemente destas medidas, é indispensável realizar um estudo cuidadoso de quais os elementos que convém serem esbeltos (para minimizar as acções gravíticas) e de quais os elementos que é preferível serem robustos, isto é, mais rígidos (para minorar as deformações). Mas quanto à esbelteza, recorde-se ser essencial salvaguardar as boas condições de colocação do betão e de realização da descofragem.

No projecto de uma estrutura de betão armado (préesforçado ou não) são tomadas muitas decisões de concepção e de dimensionamento, mas é na pormenorização das armaduras que se especifica o controlo final das fissurações, quer através da conveniente disposição e definição dessa armadura quer na “costura” muito cuidada de todos os varões.

Aliás, é na capacidade de “unidade” do material estrutural que está a sua capacidade de resistir a tensões elevadas não previstas, de dissipar energias de deformação e de plastificar. Assim, a pormenorização realizada em todos os elementos estruturais do Pavilhão do Conhecimento dos Mares permite antever que um sismo de média intensidade não provocará fendilhações visíveis, pese embora a sua grande massa e rigidez (ver fotografia 14).

Fotografia 13 - Pormenor dos aparelhos de apoio nos pilares junto à fachada norte do Pavilhão do Conhecimento dos Mares.

Fotografia 14 - Perspectiva do Pavilhão do Conhecimento dos Mares com a estrutura quase completa.

Comunicação apresentada nas 2as Jornadas de Estruturas de Betão Comportamento em Serviço de Estruturas de Betão Porto, 24 de Abril de 1998 Organizadas pelo Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Foto da capa Pavilhão do Conhecimento dos Mares, Lisboa Crusader, Lda.

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