PT706502E

PT706502E - Composicao de betao de fibras metalicas para moldar um elemento em betao elementos obtidos e processo de cura termica

Info

Publication number: PT706502E
Application number: PT94921002T
Authority: PT
Inventors: Marcel Hubert Cheyrezy; Pierre Emile Felix Richard; Nicolas Pierre Jean Roux
Original assignee: Bouygues Travaux Publics
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 2000-06-30
Also published as: AU682198B2; FR2708263B1; WO1995001316A1; KR960703393A; FI114700B; FI956342A0; FR2708263A1; KR100217439B1; DK0706502T3; NO955359D0; AU7188894A; CA2166299A1; DE69422517D1; EP0706502A1; FI956342A; JPH09500352A; JP3698723B2; GR3032942T3; US5503670A; DE69422517T2

Description

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DESCRIÇÃO

COMPOSIÇÃO DE BETÃO DE FIBRAS METÁLICAS PARA MOLDAR UM ELEMENTO EM BETÃO, ELEMENTOS OBTIDOS E PROCESSO DE CURA TÉRMICA A invenção refere-se a um betão de fibras metálicas para moldar elementos em betão. “Betão de fibras metálicas” significa aqui um corpo de matriz de cimento incluindo fibras metálicas e obtido por endurecimento de uma composição de cimento misturada com água. “Elemento de betão” significa aqui pilares, vigas, lajes, muros, painéis, blindagens, painéis de folheado e qualquer elemento decorativo ou estrutural utilizado numa construção.

I

Os betões tradicionais têm um esqueleto granular formado das três fases seguintes: - o cimento que constitui a fase ligante com uma dimensão de grãos compreendida entre 1 micrómetro e 100 micrómetros; - a areia com uma dimensão de grãos compreendida entre 1 e 4 mm; - os granulados ou cascalhos de espessura entre 5 e 20 mm ou entre 5 e 25 mm.

Os betões de fibras metálicas tradicionais comportam fibras em aço cujo comprimento está compreendido entre 30 e 60 mm. O comprimento máximo das fibras metálicas que podem ser utilizadas é limitado por um lado pelas possibilidade de malaxação sem degradação excessiva e por outro lado pelas necessidades de escoamento do betão (colocação no local e vibração).

As fibras metálicas lisas são ancoradas no betão por aderência. Para assegurar um bom comportamento da fibra lisa importa que o coeficiente de forma, igual o quociente do comprimento pelo diâmetro da fibra, esteja compreendido entre 50 e 100. Este coeficiente de forma óptimo pode ser reduzido quando a ancoragem da fibra é melhorada por uma modificação da sua geometria: ondulações, ganchos nas extremidades, serrilhas, etc....

As dosagens de fibras utilizadas nos betões de fibras tradicionais variam de 30 kg/m3 a 150 kg/m3; elas estão geralmente compreendidas entre 40 kg/m3 e 80 kg/m3, o que corresponde a uma percentagem em volume compreendida entre 0,5% e 1 %. 1 O comprimento L das fibras está geralmente compreendido entre 30 e 60 mm, enquanto que o diâmetro D dos maiores granulados está geralmente compreendido entre 20 e 25 mm, de modo que a relação R = LVD está compreendida entre 1,2 e 3,0.

No betão tradicional, a interface entre os granulados e a pasta de cimento endurecido constitui uma zona de fraca resistência devido à sua maior porosidade (auréola de transição). Esta porosidade é também o lugar de esforços locais devidos à anisotropia de comportamento entre o granulado e a pasta. No caso de uma tracção de conjunto exercida sobre o betão, os granulados não podem permanecer ligados uns aos outros como se existissem ligações resistentes à tracção e tendo um comprimento de desenvolvimento pelo menos igual a cerca de dez vezes a dimensão do maior granulado.

Sendo a relação R no máximo 3,0, as fibras não podem ligar eficazmente os granulados uns aos outros.

Isto é confirmado pelo facto da adição de fibras metálicas no betão tradicional só melhora fracamente a resistência à tracção do betão. Esta melhoria é de poucos por cento para as dosagens em fibra usuais de 0,5 a 1% em volume.

As fibras metálicas utilizadas nos betões que não comportam armaduras tradicionais, não permitem evitar a fissuração do betão, elas permitem apenas reparti-la, isto é que se tenha um grande número de micro-fissuras cousus pelas fibras em vez de fissuras menos numerosas mas maiores.

Por consequência, a utilização de betões de fibras metálicas sem armadura passiva tradicional é limitada.

As composições particulares de betões de fibras metálicas e os processos particulares para realizar matrizes de cimento contendo fibras metálicas são conhecidas (COMPRESIT, SIFCON e outros) e estão descritas, por exemplo, nas patentes US 4 979 992 (H.H.BACHE), 4 513 040, 4 559 881,4 593 627 e 4 668 548 (D.R.LANKARD). A publicação WO-87/07597 descreve matrizes de cimento compreendendo componentes tais como definidos no preâmbulo da reivindicação 1, que são escolhidos e 2 proporcionados para cooperar com uma quantidade importante de armaduras passivas com vista a obter estruturas compactas tendo propriedades mecânicas vantajosas. A presente invenção refere-se a novas composições específicas para fabricar um betão dúctil de ultra-elevada resistência, permitindo a construção de elementos em betão pré-esforçados ou não comportando nenhuma armadura passiva.

Um objectivo da invenção é obter elementos em betão de fibras metálicas sem armadura passiva tradicional tendo uma resistência à tracção pelo menos compreendida na gama de cerca de 30 MPa a cerca de 60 MPa.

Um outro objectivo da invenção é obter elementos em betão de fibras metálicas tendo uma energia de fracturação pelo menos compreendida na gama de cerca de 10 000 a cerca de 40 000 J/m2.

Um outro objectivo da invenção é obter elementos de estrutura tendo um alongamento à ruptura que esteja de pelo menos na gama de 4000.10-6 m/m a 9000.10-6 m/m.

Um objectivo da invenção é igualmente obter um betão de fibras metálicas tendo uma resistência à compressão pelo menos compreendida na gama de cerca de 150 a cerca de 250 MPa.

Um objectivo da invenção é também obter elementos em betão tendo um factor de intensidade de esforço que esteja pelo menos na gama de 6 MPa m0,5 a 13 MPa m0,5. A invenção visa também fornecer elementos em betão apresentando desempenhos comparáveis aos do elemento correspondente em betão tradicional mas com uma economia de peso de 1 (betão da invenção) para pelo menos 2,5 (betão clássico). A invenção visa também fornecer um betão permitindo moldar formas que não o podiam ser com um betão clássico.

Uma composição de betão de fibras metálicas de acordo com a invenção é constituída essencialmente de cimento Portland, de grãos de areia, de componentes tendo uma reacção pozolânica com o cimento, de fibras metálicas, de um agente dispersante, de 3 eventualmente outros adjuvantes e de água e ela é caracterizada por pelo menos 90% (em peso) dos grãos de areia terem uma espessura de grão máxima D no máximo igual a 800 micrómetros, por pelo menos 90% (em peso) das fibras metálicas terem um comprimento individual I compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, por a relação R entre o comprimento médio L das fibras e a referida espessura máxima D ser pelo menos igual a 10 e por a quantidade das fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, ser tal que o volume das fibras, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, esteja na gama 1,0 a 4% do volume do betão após a presa, e por a composição conter para 100 partes (em peso) de cimento pelo menos 60 partes (em peso) de grãos de areia, tendo uma espessura de grão máxima pelo menos igual a 800 micrómetros, e pelo menos 10 partes (em peso) de fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm.

Uma tal composição depois ser amassada e endurecida num moinho produz um corpo sólido em betão de fibras metálicas.

Os grãos de areia, tendo uma espessura de grão máxima pelo menos igual a 800 micrómetros, representam de preferência pelo menos 95%, ou ainda melhor, pelo menos 98% da massa total dos grãos de areia.

As fibras metálicas representam de preferência pelo menos 95%, ou ainda melhor, pelo menos 98% da massa total das fibras metálicas.

Idealmente, os grãos de areia tendo uma espessura de grão máxima pelo menos igual a 800 micrómetros constituem a totalidade dos grãos de areia e as fibras metálicas tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm constituem a totalidade das fibras metálicas.

Em modos de realização particularmente vantajosos: - D é pelo menos igual a 600 micrómetros, ou melhor a 400 micrómetros (espessuras de 800, 600 e 400 micrómetros correspondem sensivelmente a peneiros equivalentes respectivamente de 30, 29 e 27 da série AFNOR NF X 11-501); -1 está compreendido na gama 8-16 mm, ou melhor na gama 10-14 mm; 4 - as fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm -20 mm, têm um diâmetro compreendido na gama 80 - 500 micrómetros, ou melhor 100 -200 micrómetros; - a percentagem em volume das fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, está situado na gama 2,0% - 3%, de preferência cerca de 2,5%, do volume do betão após a presa; - os grãos de areia são essencialmente areias finas, de preferência do grupo constituído pela areia natural peneirada, a areia moída e as outras areias finas; - o cimento Portland é um cimento do grupo constituído pelo CPA PMES, HP, HPR e melhor HTS (elevado teor em sílica); - as fibras metálicas são fibras do grupo constituído pelas fibras de aço, as fibras de aço inoxidável e as fibras de aço ou de aço inoxidável revestidas de um metal não ferroso tal como o cobre, o zinco e outros metais ou ligas de metais não ferrosos; - os elementos finos de reacção pozolânica são elementos do grupo constituído pelas sílicas, as cinzas volantes e as escórias de altos fornos tendo uma espessura média inferior a 0,5 micrómetros; - o agente dispersante é um super-plastificante do grupo constituído pelo naftaleno, a melamina, o poliacrilato e outros super-plastificantes.

Num exemplo típico, os granulados da mistura para betão têm um diâmetro pelo menos igual a 400 micrómetros e as fibras metálicas têm um comprimento superior a 12 mm, o que dá uma relação R = 30. O comportamento da fibra de comprimento 12 mm na matriz em betão de pó reactivo é análogo ao comportamento de uma armadura lisa tradicional de um comprimento L = R x D, isto é 30 x 20 = 600 mm. O funcionamento mecânico do betão da invenção é portanto idêntico, a um efeito de escala próxima, ao funcionamento mecânico do betão armado tradicional comportando armaduras tradicionais de comprimento 600 mm.

Enquanto que os betões de fibras tradicionais sem armadura não podem ser utilizados como betões de estrutura, isto é para o fabrico de vigas, de pilares e de lajes, o betão da invenção “micro-armado" constitui pelo contrário um novo material utilizável para essas aplicações. 5

Num realização preferida, a mistura para betão compreende para 100 partes em peso de cimento, 60 a 150 (ou melhor 80 a 130) partes em peso de areia fina tendo uma espessura de grãos médio de 150 a 400 micrómetros, 10 a 40 (ou melhor 20 a 30) partes em peso de sílica amorfa tendo uma espessura de grãos inferior a 0,5 micrómetros, 10 a 80 (ou melhor 15 a 40) partes em peso de fibras metálicas tendo um comprimento médio compreendido entre 10 e 14 mm, pelo menos 0,5 partes em peso (extracto seco) de um agente dispersante, eventuais adjuvantes, e 10 a 30, de preferência 10 a 24, e ainda melhor 12 a 20, partes em peso de água. A invenção não está limitada à utilização de um super-plastificante particular mas dá-se a preferência ao super-plastificante de tipo poliacrilato sobre os super-plastificantes de tipos melamina e naftaleno. Utiliza-se de preferência pelo menos 0,5, ou melhor pelo menos 1,2, ainda melhor cerca de 1,8, partes em peso de super-plastificante (extracto seco). A sílica utilizada é de preferência um fumo de sílica, especialmente um fumo de sílica proveniente da indústria do zircónio em vez de um fumo de sílica proveniente da indústria do silício.

Em certas realizações, a sílica pode ser total ou parcialmente substituída por outras matérias de reacção pozolânica, como as cinzas volantes e as escórias de altos fornos, por exemplo.

Prepara-se o betão da invenção misturando os constituintes sólidos e água, de modo conhecido em si.

De preferência, o betão obtido é submetido a uma cura a uma temperatura compreendida entre a ambiente e 100°C, especialmente uma cura entre 60 e 100°C, de preferência a uma temperatura da ordem de 90°C. A duração da cura está de preferência compreendida entre seis horas e quatro dias com uma duração óptima da ordem dos dois dias, começando a cura após o fim da presa da mistura. 6 A cura realiza-se em ambiente seco ou húmido ou seguindo ciclos que fazem alternar os dois ambiente, por exemplo vinte e quatro horas de cura em ambiente húmido, seguida de vinte e quatro horas de cura em ambiente seco.

Realiza-se esta cura sobre betões tendo terminado a sua presa, de preferência com idade de pelo menos um dia, e ainda melhor com idade de pelo menos cerca de sete dias.

Em realizações particulares: - o betão é colocado em estufa a 60°C - 100°C durante seis horas a quatro dias a contar do fim da presa, - o betão é colocado em estufa a 60°C - 100°C durante doze horas a vinte e quatro horas a contar do fim da presa, o betão é colocado em estufa a 60°C - 100°C durante seis horas a quatro dias, pelo menos um dia depois do início da presa, - o betão é colocado em estufa a 70°C - 90°C durante seis horas a quatro dias após o fim da presa. A adição de pó de quartzo moído é particularmente útil quando o betão é curado a alta temperatura, como mostra o tabela seguinte: TABELA I RESISTÊNCIA EM COMPRESSÃO RESISTÊNCIA EM TRACÇÃO POR FLEXÃO Sem adição 230 MPa 52 MPa Com adição 250 MPa 60 MPa A tabela seguinte dá exemplos comparativos das características do betão da invenção e de outros betões. 7

TABELA II RESISTÊNCIA À TRACÇÃO (Flexão 3 pontos) (MPa) ENERGIA DE FRACTURAÇÃO (J/M2) RESISTÊNCIA À COMPRESSÇÃO (MPA) FACTOR DE INTENSIDADE DE ESFORÇOS K1C MPa m0·5 Betões tradicionais B25 a B40: 2 a 3 90 a 120 25 a 40 1,8 a 2,5 Betões de elevado e muito elevado desempenho: 4 a 5 120 a 150 50 a 100 2,2 a 2,9 Betões de acordo com a invenção: 30 a 60 10000 a 40000(3> 150(1)a 250(2) 6a 13 (1) Após 28 dias de cura à temperatura ambiente; (2) Após 2 dias de pré-cura à temperatura ambiente, depois cura a 80-90°C; (3) Segundo o tipo de cura térmica aplicado e a quantidade de fibras metálicas (de 1% a 4% em volume). A invenção será ainda explicada em detalhe seguinte em referência às figuras do desenho junto no o qual: - a fig. 1 é um esquema da micro-estrutura de um betão de acordo com a invenção; - a fig. 2 é uma curva da resistência à tracção do betão em função da taxa em volume de fibras metálicas; - a fig. 3 é uma curva de energia de fracturação do betão em função da taxa em volume de fibras metálicas; - a fig. 4 é uma curva de energia de fracturação do betão em função do comprimento das fibras; - a fig. 5 é uma curva da resistência à compressão do betão em função da relação água / cimento; 8 - a fig. 6 é uma curva de capacidade de ser trabalhado e da resistência à compressão do betão em função da relação super-plastificante / cimento; - a fig. 7 é uma curva da resistência à compressão do betão em função da temperatura de pós-cura; - a fig. 8 é uma curva da resistência à tracção do betão comparada à do mortier clássico; - a fig. 9 é uma curva de energia de fracturação do betão comparada à da argamassa clássica; - a fig. 10 é uma semi-elevação de uma viga em betão de acordo com a invenção; - a fig. 11 é uma secção recta da viga em corte (fig. 11 A) e sobres apoios (fig. 11B); - a fig. 12 é um esquema da repartição dos macacos hidráulicos utilizados para carregar a viga; - a fig. 13 é uma curva da flecha em corte em função do momento de flexão; - a fig. 14 é um diagrama dos esforços ao surgimento das fissurações da viga; - a fig. 15 é a secção recta do tabuleiro de uma ponte em betão de acordo com a invenção; - a fig. 16 é a secção recta do tabuleiro correspondente de uma ponte em betão clássico, e - a fig. 17 é uma curva de alongamento último em tracção de um betão de acordo com a invenção. A figura 1 esquematiza o modo de funcionamento das fibras metálicas no betão da invenção, comparado ao das armaduras passivas tradicionais: - a fig. 1A é um esquema de uma fibra de comprimento L = 60 mm rodeada de granulados de diâmetro máximo D = 25 mm, a relação R = L/Dmàx. = 2,4, e a fig. 1B é um esquema (a escala diferente) de uma fibra metálica rodeada de granulados num betão de acordo com a invenção com L = 12 mm e = 0,4 mm.

As figs. 2 a 7 são curvas que mostram a variação de certas propriedades de um betão de acordo com a invenção em função de diferentes parâmetros (taxa de fibras, comprimento das fibras, relação água/cimento, relação, super-plastificante/cimento, temperatura de pós-cura).

Fica claro que: - a melhor percentagem de fibras no que se refere à resistência à flexão é cerca de 3,5 (em volume), 9 - a melhor percentagem de fibras no que se refere à energia de fracturação é cerca de 2,0, cerca de 2,5, - a melhor relação água/cimento é cerca de 0,16 a cerca de 0,18, - a melhor relação plastificante (extracto seco)/cimento é cerca de 1,8% no caso de um poliacrilato, - a melhor temperatura de cura é cerca de 80°C a cerca de 90°C. A invenção será ainda ilustrada seguinte por alguns exemplos: EXEMPLO 1

Uma composição típica para preparar um betão de acordo com a invenção é dada na Tabela III seguinte: TABELA III Cimento CPA.PMES 955 kg/m3 Areia fina de quartzo (150-300 micrómetros) 1 051 kg/m3 Sílica 239 kg/m3 Super-plastificante (poliacrilato) 13 kg/m3 Fibras de aço calibradas (L = 12,5 mm, 0 = 0,18 mm) 191 kg/m3 Água total 153 l/m3 A sílica é principalmente fumo de sílica (18 m2/g). As fibras de aço são direitas e lisas. 10

Os componentes podem ser misturados, escoados e vibrados como os dos betões clássicos, em débito da fraca percentagem de água em relação ao cimento. A percentagem de fibras condiciona a resistência à flexão e a energia de fracturação. A fig. 8 mostra o comportamento desse betão, comparado ao de uma argamassa clássica, num ensaio de flexão 3-pontos sobre provetes entalhadas. O betão da invenção manifesta uma grande fase de martelamento a frio seguido de um amaciamento gradual. O esforço de tracção máxima é duas vezes o esforço de tracção na primeira fissuração (respectivamente 50 MPa e 25 MPa). A flecha do esforço máximo é cerca de 10 vezes maior que a flecha na abertura da primeira micro-fissuração. A fig. 9 mostra os resultados obtidos durante os ensaios de flexão de pontos sobre as provetes de 4 cm x 4 cm x 16 cm entalhadas. A energia de fracturação, proporcional à superfície situada sob a curva é tipicamente de 30.000 J/m2 para um betão de acordo com a invenção, enquanto que é inferior a 100 J/m2 para uma argamassa clássica. O betão da invenção pode ser utilizado em elementos de estrutura sem armaduras passivas.

No betão tradicional é necessário dispor das armaduras tradicionais na vizinhança de todas as superfícies laterais a uma distância - chamada revestimento - geralmente compreendida entre 1 e 5 cm e nunca superior a 10 cm. Esta necessidade conduz a que as superfícies laterais das peças em betão sejam geralmente planas e regulares ou, mais raramente, de curvatura simples e quase nunca de curvatura dupla. O betão de acordo com a invenção podendo se utilizado sem armaduras tradicionais, é possível de realizar peças mais finas com uma grande liberdade de forma. Com efeito a necessidade de prever armaduras nos betões tradicionais, em qualquer direcção, bem como o seu revestimento mínimo sobre as duas faces, conduz a uma espessura mínima de 7 cm para as peças escoadas horizontalmente e de 12 cm para as peças escoadas verticalmente como os muros ou as cortinas. Com o betão da invenção, a espessura mínima das peças escoadas horizontalmente é de 8 mm e a espessura mínima das peças escoadas verticalmente é de 20 mm. Esta vantagem permite realizar importantes economias de matéria. 11 A liberdade de forma obtida com o betão da invenção permite realizar peças de forma complexa tendo um melhor aspecto arquitectónico. Esta liberdade de forma permite igualmente repartir melhor a matéria lá onde é estritamente necessária para a resistência. Isto representa uma economia de matéria muito importante.

As economias de matéria permitidas pela invenção são ainda acrescidas para as peças nas quais o peso próprio representa uma parte importante de cargas totais. O betão da invenção pode igualmente ser utilizado em elementos pré-esforçados sem armadura passiva.

Para uma viga pré-esforçada a utilização do betão de acordo com a invenção conduz a um ganho de matéria numa relação que é no mínimo de 2,5. A utilização do betão pré-esforçado convencional necessita do uso de armaduras tradicionais ao longo dos paramentos das peças, bem como de reforços de armaduras nas zonas de ancoragem dos elementos - fios, fios de cabos ou cabos - de pré-esforço. Isto é válido tanto quando se trata de um betão pré-esforçado por pós-tensão (barras sob vantagem mono fios de cabos - ensebados; cabo sob tencionado, sendo o cabo constituído de um conjunto de fios ou de fios de cabo) ou do betão pré-esforçado por pré-tensão (fio aderente; fio de cabo aderente). A utilização do betão de acordo com a invenção é particularmente interessante no caso de peças pré-esforçadas já que permite a economia de todas as armaduras tradicionais, compreendendo as que se tornam necessárias pela presença dos elementos dos pré-esforços. Com efeito os esforços ditos de difusão do pré-esforço nos abouts geram esforços de tracção e de cisalhamento que ultrapassam largamente as capacidades de resistência do betão tradicional e que devem portanto ser retomadas pelas armaduras. Pelo contrários, a resistência e a ductibilidade do betão de acordo com a invenção são suficientes para retomar os esforços sem armaduras tradicionais.

EXEMPLO II

Escoa-se uma viga em T com uma composição de betão tendo a composição seguinte (taxa de fibras: 2,6% em volume). 12 TABELA IV Cimento CPA.PMES 879 kg/m3 Areia fina (150 - 400 micrómetros) 966 kg/m3 Fumo de sílica (150 - 400 micrómetros) 219 kg/m3 Fluidizante (extracto seco) 13 kg/m3 Água total 193 l/m3 Fibras de aço calibradas 198 kg/m3 (L = 12 mm, 0 = 0,18 mm) A viga de ensaio tem uma secção transversal em T; um comprimento total de 10 m e uma altura de 0,34 m (Fig. 10). A peça superior tem uma altura de 0,15 e o âmago tem uma espessura de 0, 06 m (Fig. 11).

Realiza-se o pré-esforço por fios de cabo T15 de 139 mm2 de secção. O limite elástico do aço é de 1 525 MPa e o esforço de ruptura garantida é de 1 730 MPa. A viga não comporta nenhuma armadura passiva.

Os fios de cabo foram tendidos a 90% do seu limite elástico antes da betonagem da viga. A distensão e o corte foram efectuados 4 dias após a betonagem. A entrada dos fios de cabo foi em média de 1,6 mm, o que corresponde a um comprimento de ancoragem de cerca de 0,70 m.

Com a idade de sete dias, uma cura com vapor de água permitiu manter uma temperatura no betão de 80°C durante cinco dias. No momento da transferência de pré-esforço, a resistência à tracção por flexão do betão era de 22 MPa. A viga foi carregada a 21 dias. Nesta idade a resistência à compressão medida sobre cilindro era de 170 MPa, a resistência à tracção por flexão era de 42 MPa e o módulo de Young era de 50 Gpa.

As cargas verticais foram aplicadas por intermediário de oito macacos repartidos uniformemente (Fig. 12). Uma face da viga foi pintada para facilitar a detecção visual da fissuração. As cargas foram aplicadas por patamares com elevação das flechas a meio porte e sobre apoio a título de controlo. 13 A viga foi carregada até 82 kNm, depois inteiramente descarregada. Não se observou nenhuma flecha residual. No decurso do segundo carregamento, apareceu a fissuração por um momento curvando de 122 kNm (Fig. 13). As fissuras de fraca abertura (0,1 - 0,2 mm) estavam repartidas de modo suficientemente uniforme todos os 0,30 m no terço central da viga.

Neste estado de solicitação, o esforço teórico de tracção sobre a fibra inferior calculado em secção não fissurada é de 39 MPa (Fig. 14) e o esforço de compressão sobre a fibra superior é de 49 MPa.

Prossegui-se o carregamento até à vizinhança do estado limite último. Quando o momento atingiu 147 kNm desenvolveram-se três grandes fissuras na parte central. A ruptura da viga foi obtida por ruptura dos fios de cabo sob uma solicitação de 157 kNm. Não de observou qualquer fissura de esforço em corte sob o esforço máximo de cisallhamento de 3,5 MPa. Aconteceu o mesmo nas zonas de difusão de esforço na vizinhança dos apoios. O betão da invenção conformou a sua capacidade de retomar os esforços de tracção secundários sem fissurar.

Observou-se a fissuração de flexão principal a um nível de esforço de tracção extremamente elevado. O comportamento da viga após fissuração caracteriza-se por um aumento de resistência de 32% e pelo desenvolvimento de uma importante flecha pós-elástica. A ausência de armaduras passivas permite além disso reter as formas de cofragem adaptadas à retoma dos esforços nas diferentes secções. Isto conduz a melhorias suplementares da eficácia do material da invenção.

EXEMPLO III A Fig. 15 mostra a secção recta do tabuleiro de uma ponte em betão tal como definido na Tabela IV e a Fig. 16 mostra a secção recta do tabuleiro correspondente em betão clássico, tendo os dois tabuleiros os mesmos desempenhos. 14 A largura do tabuleiro é de 15,50 m no alto e 5,24 m na base e a altura é de 5 m. O volume de betão em m3 por metro quadrado é 0,23 na primeiro caso e 0,67 no segundo caso.

EXEMPLO IV

Utiliza-se o processo definido aqui a seguir para escoar uma viga em grade constituída de membranas cilíndricas de cinco metros de comprimento e tendo um diâmetro de 0,4 \ metros. O volume do elemento (sem as armaduras) é de 0,63 m3. A viga é pré-esforçada por pós-tensão após união. TABELA V Cimento Portland de elevado teor em sílica 920 kg/m3 Fumo de sílica 212 kg/m3 Pó de Quartzo moído 359 kg/m3 (espessura média: 10 micrómetros) Areia (máx 0,5 mm) 662 kl/m3 Fibras de aço calibradas 184 kg/m3 (L = 12,5 mm, 0 = 0,180 mm) Super-plastificante Poliacrilato (extracto seco) 17 kg/m3 Água 175 kg/m3

As propriedades mecânicas do betão obtido são as seguintes: TABELA VI Resistência à compressão 190 MPa Resistência à flexão 50 MPa Módulo E 54 GPa 15

Este betão pode ser obtido com os malaxadores habituais seguindo uma técnica que é de preferência a seguinte: 1) Introdução dos componentes secos (excepto fibras) no malaxador·

Introduz-se primeiro a areia, depois os elementos mais finos e por fim o cimento. Mistura-se durante 30 a 90 segundos. 2) Introdução da água e do suoer-plastificante no malaxador.

Mistura-se o super-plastificante e a água e dispersa-se esta mistura no malaxador. Mistura-se durante quatro a sete minutos, segundo a eficácia do malaxador. 3) Introdução das fibras no malaxador.

Introduzem-se as fibras no malaxador num minuto e faz-se vibrar o betão para o desenredar das fibras. A operação de malaxação termina dois a três minutos após o fim da introdução das fibras. O tempo total de malaxação vai de sete a doze minutos.

Assim, o betão de acordo com a invenção pode ser malaxado segundo o mesmo método e os mesmos equipamentos que o betão tradicional, mas o tempo de malaxação é multiplicado por cerca de cinco. A viga é moldada verticalmente, com vibração externa, de modo clássico. A descofragem tem lugar oito horas após a presa e conserva-se a viga numa câmara climática a uma humidade relativa de 90%, a uma temperatura de 20°C, durante sete dias. Aplica-se uma cura térmica durante vinte e quatro horas por meio de jactos de vapor. A viga está então pronta para a colocação e as operações de pré-esforço. 16 EXEMPLO V - Caracterização da deformação última em traccão do material

Realiza-se o ensaio num provete prismático de um comprimento de 60 cm possuindo uma secção de 4 sobre 5 cm que é submetida a um ensaio de flexão de 4 pontos. A formulação utilizada para o fabrico das provetes é a seguinte (em partes em peso): TABELA VII Cimento Portland Tipo HPR............................................................... 1 Microsílica da indústria do zircónio (branca).......................................... 0,25 Areia (diâmetro min. 0,15 mm, máx 0,5 mm)......................................... 1,03 Fibras metálicas (comprimento 12,7 mm, diâmetro 0,15 mm)................... 0,2 Super-plastificante melamina (extracto seco)......................................... 0,014 Água............................................................................................. 0,19 O provete prismático é feito vibrar na mesa num molde estanque em madeira alisado à trolha. A descofragem tem lugar dezasseis horas após amassar. O betão de acordo com a invenção sofre então uma cura térmica a 90°C antes de ser exposto ao ambiente até ao dia do ensaio. O ensaio de flexão de quatro pontos realiza-se sobre o provete apoiado sobre dois cilindros afastados 50 cm. Aplica-se a carga com o auxílio de dois cilindros descentrados de 10 cm. Rotula-se o conjunto para suprimir todo o esforço parasita. O esforço de flexão é suposto constante sobre 20 cm ao centro do provete. A colocação sob carga é progressiva e a deformação é medida sobre a fibra superior (compressão) e inferior (tracção) do provete com o auxílio de padrões de deformação. O comportamento do betão de acordo com a invenção é ilustrado na figura 17. O resultado medido é comparado ao do betão tradicional na tabela seguinte: TABELA VIII Betão Deformação última em tracção Betão tradicional 100 a 150 μΠΊ/m Betão de acordo com a invenção 4000 a 9000 pm/m 17 A invenção não está limitada às realizações que foram descritas.

Lisboa, 2 3 MAR.

Por BOUYGUES TRAVAUX PUBLICS

Agente Oficial da Propriedade industriai Arco da Conceição, 3, 1!- 1100 LISBOA 18

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Composição de betão de fibras metálicas a misturar para obter após endurecimento um elemento em betão, sendo esta composição essencialmente constituída de uma mistura de cimento Portland, de grãos de areia, de componentes tendo uma reacção pozolânica com o cimento, de fibras metálicas, de um agente dispersante, eventuais adjuvantes e de água, caracterizada por pelo menos 90% (em peso) de grãos de areia terem uma espessura de grão máxima D pelo menos igual a 800 micrómetros, por pelo menos 90% (em peso) de fibras metálicas terem um comprimento individual I compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, por a relação R entre o comprimento médio L das fibras e a referida espessura máxima D ser pelo menos igual a 10, por o volume das fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, ser de 1,0 % a 4,0 % do volume de betão após endurecimento e por, por 100 partes (em peso) de cimento, a composição conter pelo menos 60 partes (em peso) de grãos de areia, tendo uma espessura de grão máxima pelo menos igual a 800 micrómetros, e pelo menos 10 partes (em peso) de fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por os grãos de areia, tendo uma espessura de grão máxima pelo menos igual a 800 micrómetros, representarem pelo menos 95% (em peso) dos grãos de areia.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizada por compreender um pó de quartzo moído.
4. Composição de acordo com uma das reivindicações 1 a 3 caracterizada por o volume das fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, ser 2% a 3% do volume do betão após a presa.
5. Composição de acordo com a reivindicação 4 caracterizada por o volume das fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, ser cerca de 2,5% do volume do betão após a presa.
6. Composição de acordo com uma das reivindicações 1 a 5 caracterizada por a referida espessura máxima D ser pelo menos igual a 600 micrómetros. 1
7. Composição de acordo com a reivindicação 6 caracterizada por a referida espessura máxima D ser pelo menos igual a 400 micrómetros.
8. Composição de acordo com uma das reivindicações precedentes caracterizada por o referido comprimento individual estar compreendido na gama de 8 - 16 mm.
9. Composição de acordo com a reivindicação 8 caracterizada por I estar compreendido na gama de 10 - 14 mm.
10. Composição de acordo com uma das reivindicações precedentes caracterizada por as fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, terem um diâmetro compreendido entre 80 e 500 micrómetros.
11. Composição de acordo com a reivindicação 10 caracterizada por as fibras metálicas terem um diâmetro compreendido entre 100 e 200 micrómetros.
12. Composição de acordo com uma das reivindicações precedentes caracterizada por a espessura máxima dos grãos de areia, tendo uma espessura de grão máxima pelo menos igual a 800 micrómetros, ser pelo menos igual a 500 micrómetros e por as fibras metálicas, tendo um comprimento individual compreendido na gama de 4 mm - 20 mm, terem um comprimento superior a 10 mm.
13. Composição de acordo com uma das reivindicações precedentes caracterizada por a referida relação R ser pelo menos igual a 20.
14. Composição de acordo com uma das reivindicações precedentes caracterizada por a percentagem (em peso) de agente dispersante (extracto seco) em relação ao peso de cimento ser de pelo menos 0,5, de preferência pelo menos 1,2.
15. Composição de acordo com a reivindicação 14 caracterizada por a percentagem (em peso) de agente dispersante (extracto seco) em relação ao peso de cimento ser cerca de 1,8. 2
16. Composição de acordo com uma das reivindicações 1 a 15 caracterizada por o cimento Portland ser um cimento CPA PMES, HP, HPR ou HTS.
17. Composição de acordo com uma das reivindicações 1 a 16 caracterizada por as fibras metálicas serem fibras do grupo constituído pelas fibras de aço, as fibras de aço inoxidável e as fibras de aço ou de aço inoxidável revestidas de um metal não ferroso tal como o cobre, o zinco e outros metais não ferrosos.
18. Composição de acordo com uma das reivindicações 1 a 17 caracterizada por os elementos finos terem uma espessura de grão média inferior a 0,5 micrómetros.
19. Composição de acordo com uma das reivindicações 1 as 18 caracterizada por os elementos finos compreenderem elementos do grupo constituído pela sílica, as cinzas volantes e as escórias de altos fornos.
20. Composição de acordo com a reivindicação 19 caracterizada por os elementos finos compreenderem fumo de sílica.
21. Composição de acordo com uma das reivindicações 1 a 20 caracterizada por a percentagem em peso água/cimento ser de 10 a 30.
22. Composição de acordo com a reivindicação 21 caracterizada por a percentagem em peso água/cimento ser de 12 a 20.
23. Composição de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por compreender por 100 partes em peso de cimento Portland, 60 a 150, de preferência, 80 a 130 partes em peso de areia fina tendo uma espessura de grão média entre 150 e 400 micrómetros, 10 a 40, de preferência, 20 a 30 partes em peso de sílica amorfa tendo uma espessura de grão média inferior a 0,5 micrómetros, 10 a 80, de preferência, 15 a 40 partes em peso de fibras metálicas tendo um comprimento médio compreendido entre 10 e 14 mm, pelo menos 0,5 partes em peso (extracto seco) de um agente dispersante, eventuais adjuvantes, e 10 a 30 partes em peso de água.
24. Composição de acordo com a reivindicação 23 caracterizada por ser malaxada com 13 a 30 partes em peso de água. 3
25. Composição de acordo com a reivindicação 23 ou 24 caracterizada por comportar cerca de 1,2 partes em peso de super-plastificante.
26. Composição de acordo com uma das reivindicações 23 a 25 caracterizada por as fibras metálicas serem fibras do grupo constituído pelas fibras de aço, as fibras de aço inoxidável, eventualmente revestidas de um metal não ferroso tal como o cobre, o zinco e outros metais não ferrosos.
27. Composição de acordo com uma das reivindicações 23 a 26 caracterizada por compreender pó de quartzo moído.
28. Elemento de betão obtido por endurecimento de uma composição de acordo com uma das reivindicações 1 a 27.
29. Processo de cura do betão de um elemento de acordo com a reivindicação 28 no qual o betão é colocado em estufa a uma temperatura da gama de 60°C - 100°C, a partir do fim da presa, durante um período de seis horas a quatro dias.
30. Processo de acordo com a reivindicação 29 caracterizado por o betão ser colocado em estufa durante um período de doze a vinte e quatro horas.
31. Processo de acordo com a reivindicação 30 caracterizado por o betão ser curado a uma temperatura de 70°C a 90°C.
32. Processo de cura do betão de um elemento de acordo com a reivindicação 28 no qual o betão é colocado em estufa a uma temperatura da gama de 60°C - 100°C durante um período de seis horas a quatro dias, partindo de pelo menos um dia após a presa.
33. Elemento em betão de acordo com a reivindicação 28 e tendo sofrido uma cura de acordo com uma das reivindicações 27 a 30.
34. Elemento em betão de acordo com a reivindicação 28 ou 33 pré-esforçado em pré-tensão por fio aderente. 4
35. Elemento em betão de acordo com a reivindicação 28 ou 33 pré-esforçado em pré-tensão por fio de cabo aderente.
36. Elemento em betão de acordo com a reivindicação 28 ou 33 pré-esforçado em pós-tensão por mono- fios de cabo tensionados, oleados.
37. Elemento em betão de acordo com a reivindicação 28 ou 33 pré-esforçado em pós-tensão por cabo ou barra sob —, sendo o cabo constituído de um conjunto de fios.
38. Elemento em betão de acordo com a reivindicação 28 ou 33 pré-esforçado em pós-tensão por cabo ou barra sob --, sendo o cabo constituído de um conjunto de fios de cabo. Lisboa, 2 3 MAR. Por BOUYGUES TRAVAUX PUBLICS

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