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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene i
RESUMO
A durabilidade das estruturas de concreto tem se tornado um assunto de interesse
mundial nas ltimas duas dcadas. Os custos econmicos associados a reparos de
estruturas de concreto so cada vez maiores, e cada vez mais a incidncia de
insucessos nessas intervenes corretivas que no resultam adequadas reportada.
No Brasil a tcnica de interveno corretiva mais utilizada a de reparos localizados
com argamassas base cimento modificadas com polmeros. Uma das patologias
mais comumente apresentada quando do uso deste tipo de interveno a
fissurao associada retrao.
Esse trabalho, que uma parte extrada da dissertao de mestrado desse primeiro
autor, pretende avaliar a influncia das variveis mais importantes e at de alguns
parmetros de dosagem, na fissurao devido retrao de argamassas de reparo.
Para tal foi estudada uma famlia de argamassas com mesma consistncia de traos
1:1,0, 1:1,5, 1:2,2 e 1:3,0; utilizando para estas um teor fixo de polmero e de
aditivo superplastificante com relao massa do cimento. Foram tambm
avaliadas trs argamassas de base cimento modificadas com polmeros disponveis
no pas e comercializadas para o reparo de estruturas de concreto, de modo a
classificar e comparar estas quanto fissurao, em relao quelas dosadas em
laboratrio. Para avaliar a tendncia fissurao das argamassas foram realizados
ensaios de retrao potencial livre, resistncia trao na flexo, mdulo de
elasticidade e retrao restringida.
Os resultados obtidos mostram que o modelo j - ftj/Ecj conseguiu acusar a fissurao das argamassas que realmente fissuraram no ensaio de retrao
restringida. Esse modelo considera todas as variveis influentes na fissurao
medidas no programa experimental. Verificou-se tambm que para um estudo mais
simplificado pode ser utilizado um modelo que considera apenas a retrao livre,
porm este se coloca sempre a favor da segurana.
Para argamassas de uma mesma famlia pode-se dizer que h um trao que
apresenta a menor tendncia fissurao.
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene ii
ABSTRACT
The durability of concrete structures has become an issue of interest worldwide
especially during the last two decades. The expenditures associated to the repair
and rehabilitation of concrete structures is becoming increasingly higher, and the
amount of unsucceeded repairs on concrete structures has been reported as
unacceptable.
In Brazil, patch repair with cement-based polymer modified mortars is the most
widely technique used. One of the main causes of distress when using this type of
repair has been found to be shrinkage cracking.
The target of this research, which is an extract from the masters degree
dissertation of the firs author, is to evaluate the effect of some significant properties
and also some mix-design parameters on the cracking potential due to shrinkage of
repair mortars. Therefore, a family of mortars with the same consistency with
cement:sand proportions of 1:1,0, 1:1,5, 1:2,2 and 1:3,0; with a constant polymer
and superplasticizer content related to the cement weight. Also, three industrialized
polymer modified repair mortars from different manufacturers were evaluated, thus
allowing classifying and comparing their cracking potential with the laboratory
prepared mortars.
For evaluating the cracking potential of the mortars the following tests were
selected, free-shrinkage, flexural strength, elasticity modulus and restrained
shrinkage.
The results obtained show that the model j - ftj/Ecj was able to distinguish the mortars that cracked during the restrained shrinkage testing from the mortars that
did not crack. This model considers all of the variables measured during the
experimental program affecting shrinkage related cracking. It was also verified that
a more simplified study can considering only the free-shrinkage of the mortars can
be applied; being that this model will always be in favor of security.
For mortars of a same family it can be concluded that there is one mix-proportion
that will present the least cracking tendency.
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene iii
SUMRIO
RESUMO...................................................................................................................................................I
ABSTRACT ............................................................................................................................................ II
SUMRIO..............................................................................................................................................III
1 INTRODUO................................................................................................................................ 1
1.1 OBJETIVO ..................................................................................................................................... 3
2 AVALIAO DA RETRAO RESTRINGIDA ...................................................................... 3
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ................................................................................................. 9
3.1 INTRODUO................................................................................................................................ 9 3.2 VARIVEIS DO ESTUDO ................................................................................................................ 9
3.2.1 Parmetros fixados:....................................................................................................... 9 3.2.2 Variveis independentes. ............................................................................................... 9 3.2.3 Variveis dependentes ................................................................................................. 10 3.2.4 Variveis intervenientes............................................................................................... 10
4 ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS ...................................................................... 10
4.1 MODELAGEM DA TENDNCIA FISSURAO............................................................................. 10 4.1.1 ft vs tempo..................................................................................................................... 17 4.1.2 Ec vs tempo................................................................................................................... 17 4.1.3 ft/Ec vs tempo................................................................................................................ 17 4.1.4 vs tempo..................................................................................................................... 18 4.1.5 ft/Ec vs tempo.......................................................................................................... 18
4.2 PARMETROS DE DOSAGEM DAS ARGAMASSAS PREPARADAS NO LABORATRIO VISANDO A
DIMINUIO DA TENDNCIA FISSURAO ....................................................................................... 19
5 CONSIDERAES FINAIS........................................................................................................ 21
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS................................................................................................ 22
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 1
1 INTRODUO
Nos ltimos 20 anos, tanto no Brasil como em muitos outros paises adiantados a
sociedade e a engenharia tem percebido que as estruturas de concreto no so
eternas, como um dia se acreditou. A interao com o meio ambiente ao longo da
extensa etapa de uso e operao das edificaes ocasiona sua deteriorao, fato
que vem preocupando o meio tcnico tanto no mbito internacional como no
nacional.
As mudanas volumtricas nas argamassas e concretos de cimento Portland devido
retrao constituem um dos maiores causadores de deteriorao prematura das
estruturas de concreto. Devido s restries existentes e inevitveis, estas
mudanas provocam tenses de trao que podem ocasionar a fissurao do
material. Esta predisposio fissurao tem sido apontada como um dos maiores
inconvenientes das argamassas estruturais e do concreto, por formar uma rede de
microfissuras interconectadas que se constitui num caminho de fcil acesso dos
agentes agressivos1. O relatrio detalhado do NIST (National Institute of Standards
and Technology), NISTIR 65192, afirma que um dos fatores mais importantes que
afetam o transporte inico atravs do concreto a presena de fissuras.
Um outro fator que no deixa de ter grande importncia, e que j foi apontado por
Dal Molin3 o fato das fissuras atingirem o usurio sob o ponto de vista de
conforto, salubridade e satisfao psicolgica.
Vrios autores e autoridades vem fazendo alertas sobre o grande nmero de
insucessos nas intervenes das estruturas de concreto, especialmente no caso de
estruturas com corroso de armaduras. O resumo do workshop sobre
desempenho de materiais de reparo organizado pelo NIST concluiu que a grande
1 MEHTA, PK. Durability Critical issues for the future, Concrete International, V19, no 7, pp 27-33, 1997. 2 NISTIR 6519. Effect of drying-shrinkage cracks and flexural cracks on concrete bulk permeability. National Institute of Standards and Technology, Technology Administration, US Department of Commerce. Kenneth Snyder, 39p, Maio 2000. 3 DAL MOLIN, DENISSE CARPENA COITINHO. Fissuras em estruturas de concreto armado. Anlise das manifestaes tpicas e levantamento de casos ocorridos no estado do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 1998, 199p. Dissertao (mestrado). Escola de engenharia da universidade federal do rio grande do Sul.
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 2
propenso fissurao destes um dos fatores crticos que afetam a durabilidade
de estruturas reparadas4. O batalho de engenheiros da U.S. ARMY (Foras
Armadas dos Estados Unidos) chegou a uma concluso similar quando classificou a
alta taxa de insucessos em reparos como inaceitvel, sendo a fissurao a primeira
causa destes insucessos5.
Nos Estados Unidos, a importncia dos materiais de reparo evidencia-se com o fato
do mercado desses produtos ter tido uma taxa de crescimento entre 30% e 50%
maior que o de novas construes no perodo compreendido entre 1980 e 2000, o
que tem originado uma avalanche de novos produtos, dificultando a seleo e
aumentando a potencialidade de ocorrncia de problemas6.
Os altos custos associados a intervenes corretivas no deixam de ser um fator
que justifique este tipo de estudo7, fato j alertado na dcada de 80 por Sitter8 que
mostrou os altos custos envolvidos nessas intervenes em estruturas de concreto.
Segundo o NRC-IRC (Institute for Research in Construction National Research
Council of Canada), os custos devidos ao envelhecimento da infra-estrutura dos
Estados Unidos e do Canad so altos de tal forma que podem afetar a eficincia
econmica de ambos pases, o que faz necessrio o estudo de tcnicas de
reabilitao que garantam eficcia, segurana e baixos custos9.
A importncia do estudo da fissurao devido retrao no s se limita ao caso de
argamassas de reparo. Todos os elementos de elevada relao superfcie/volume e
todos os elementos que sofrem fissurao devido retrao restringida podem ser
beneficiados com este trabalho.
4 NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY NISTIR 6402. Predicting the performance of concrete repair materials. Summary of Workshop, Reported by VAYSBURD, AM; CARINO, NJ; BISSONETTE, B. April 1999, Durham, New Hampshire. 46p. 5 US ARMY CORPS OF ENGINEERING. Performance Criteria for Dimensionally Compatible Repair Materials. By McDONALD, JE; VAYSBURD, AM; POSTON, RW. High Performance Materials and Systems Research Program. Information Bulletin 00-1. 2000. 6 MAILVAGANAM, NP. Repair and protection of concrete structures. CRC Press, Boca Raton, Florida, pp 542, 1992. 7 HASSAN, KE; ROBERY, PC; AL-ALAWI, L. Effect of hot-dry curing environment on the intrinsic properties of repair materials, Cement and Concrete Composites, V. 22, 2000, pp453-458. 8 SITTER, WR. Costs for service life optimization. The Law of fives. In: CEB-RILEM. Durability of concrete structures. Proceedings of the international workshop held in Copenhagen, p. 18-20, Copenhagen, 1984. (Workshop Report by Steen Rostam). 9 National Research Council Canad Institute for Research in Construction. Urban Infrastructure Rehabilitation http://irc.nrc-cnrc.gc.ca/uir/ acessado no 20 de outubro de 2004.
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 3
1.1 Objetivo
O objetivo deste trabalho verificar a influncia dos fatores mais relevantes na
fissurao por retrao de argamassas de reparo. Para tal sero avaliadas algumas
propriedades das argamassas de reparo utilizando trs argamassas industrializadas
e uma famlia de mesma consistncia dosada no laboratrio do CPqDCC da Escola
Politcnica da Universidade de So Paulo.
As propriedades medidas sero resistncia compresso, mdulo de elasticidade,
resistncia trao e retrao livre. Paralelamente sero moldados corpos-de-prova
em formato de anis onde ser avaliada a retrao restringida dessas argamassas.
As argamassas que fissuraram, fornecem pares de pontos (propriedade; idade de
fissurao) que serviro para alimentar os modelos escolhidos para a avaliao da
tendncia fissurao. Esses modelos sero testados quando plotados junto com as
propriedades analisadas em funo do tempo de todas as argamassas, sendo
validado quando conseguir separar as argamassas que fissuraram das que no
fissuraram.
O modelo validado far parte dos parmetros de dosagem apresentados nos
resultados. Esses parmetros, que possibilitam a escolha de uma argamassa que
atendas s especificaes de um dado caso de reparo (como por exemplo, um fck
mnimo e uma determinada absoro de gua mxima) passaro tambm a
fornecer a argamassa que atenda s especificaes e que tenha a menor tendncia
fissurao por retrao.
2 AVALIAO DA RETRAO RESTRINGIDA
O interesse por mtodos de avaliao da retrao restringida tem crescido muito
nos ltimos anos, principalmente devido a estes permitirem a avaliao direta da
potencialidade de fissurao de um material10.
10 WEISS, WJ. Prediction of Early-Age Shrinkage Cracking in Concrete. Evanston, Illinois, 1999. Tese (doutorado). Northwestern University.
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 4
Corpos-de-prova em formato de barras tem sido amplamente utilizados com
sucesso por vrios pesquisadores. Infelizmente, o alto custo associado a estes um
fator limitante do seu uso. Tambm tem sido reportada a dificuldade de atingir uma
restrio adequada, como ocorre freqentemente em ensaios de determinao de
resistncia trao direta. Contudo, este tipo de ensaio permite obter informao
sobre a retrao, a fluncia e ainda a tenso sofrida pelo material, no grau de
restrio desejado.
Igarashi et al11 utilizaram esta configurao de ensaio na avaliao da propenso
fissurao devido retrao autgena de misturas de concreto de alta resistncia*.
Nesse estudo, pode-se apreciar que os traos de menor relao a/c possuem uma
maior retrao autgena e que a adio de slica ativa tambm tende a aumentar a
retrao autgena. A propenso fissurao, no entanto, no se correlacionou com
a retrao autgena, isto explicado pelos autores devido influncia das outras
variveis, como fluncia e resistncia trao.
Tambm tem sido utilizados corpos-de-prova em formatos de placas restringidos
lateralmente e pela base, nesse caso contabilizando-se o dimetro mdio de
abertura das fissuras e a rea total de fissuras, numa determinada idade. Tm a
vantagem de apresentar formato parecido com o formato das peas encontradas
normalmente em servio; como desvantagem no se consegue sempre uma
restrio adequada nas bordas.
H mais de 50 anos os corpos-de-prova em formato de anel tem sido utilizados com
sucesso. O anel interno restringe a deformao do material, podendo ocasionar a
fissurao. Antigamente, a espessura deste anel interno era grande de tal forma,
que a restrio proporcionada pelo anel ao corpo-de-prova era praticamente total.
Hoje em dia, persegue-se o uso de anis de espessuras reduzidas (12,5 mm) o
qual permite a deformao do anel metlico. Esta informao adicional proporciona
uma sada quantitativa da retrao restringida (deformao sofrida pelo anel), e no
apenas qualitativa (idade do aparecimento da fissura e abertura da fissura).
11 IGARASHI, S; BENTUR, A; KOVLER, K. Autogenous shrinkage and induced restraining stresses in high-strength concretes, Cement and Concrete Research, V30, 2000, pp 1701-1707. * Uma crtica a este trabalho, o uso de teores de aditivo superplastificante muito distintos. Nos concretos de relao gua/aglomerante de 0,33, o teor de aditivo foi igual a 1,5% (%m.c.). J no caso dos concretos de relao gua/aglomerante de 0,25 o teor de aditivo empregado foi de 5%.
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 5
Anel Metlico
Corpo-de-prova
Base
Figura 1 Corpo-de-prova utilizado para avaliao da fissurao. As dimenses do corpo-de-prova tem sido muito distintas desde os primeiros usos do ensaio por Carlson e Coutinho* at a atualidade.
Grochoski et al12 utilizaram este ensaio para avaliar a influncia de diversos tipos de
adies em argamassas de uma mesma matriz, (a/c=0,45) e proporo cimento
areia (1:2,5) na fissurao. Foram utilizados duas resinas polimricas acrlicas (AR1
e AR2), ltex de estireno-butadieno (SBR), fibra de polipropileno de baixo mdulo
(Fibra) e ter de polipropileno glicol (EPG). A argamassa modificada com EPG
mostrou um desempenho muito superior devido baixa retrao desta. A
modificao com SBR propiciou o pior desempenho das argamassas, provavelmente
devido retrao ligeiramente maior e a uma relao resistncia trao/mdulo
de elasticidade menor. Na Figura 2 podem ser apreciados alguns dos resultados
deste trabalho.
* Algumas pessoas atribuem a criao do ensaio a Coutinho, pesquisador portugus autor do trabalho intitulado: The influence of the type of cement on its cracking tendency numa publicao da RILEM no ano de 1958. Carlson utilizou o ensaio desde o ano de 1939, e no 1940 publicou o trabalho: Attempts to measure the cracking tendency of concrete no ACI Journal. 12 GROCHOSKI, M; GRULLON, M; HELENE, P; TULA, L. Pueden los agentes reductores de retraccin actuar en morteros de alta resistencia?. In: 15ava Reunin Tcnica Seminario de Hormigones Especiales. Santa Fe, Argentina, 2003.
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SBR Referncia Acrlico 1 EPG Acrlico 2 Fibra
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Tempo (dias)
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SBRRefernciaAcrlico 1EPGFibraAcrlico 2
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AR1
EPG
AR2
FIBRA
Idade de Fissurao (dias)
120 dias
Figura 2 Resistncia trao na flexo e mdulo de elasticidade aos 28 dias, retrao livre e idade de fissurao de seis argamassas de um mesmo trao e modificada com distintos materiais (Grochoski et al, 2003)12.
Recentemente este mtodo de ensaio tem sido utilizado com algumas modificaes
e embasamento matemtico que permite estimar o esforo atuante no corpo-de-
prova13. Na Figura 3 apresentam-se alguns dos resultados destes pesquisadores,
avaliando a deformao sofrida por trs anis de espessuras distintas (3,1mm,
9,5mm, 19mm), e duas argamassas.
Pode ser apreciado que quanto menor a espessura do anel, maior ser a
deformao do mesmo, e portanto menor o grau de restrio, o que se traduz em
tenses menores. As misturas foram preparadas com cimento Portland tipo I, e uma
mesma proporo cimento areia.
13 HOSSAIN, AB; WEISS, J. Assessing residual stress development and stress relaxation in restrained concrete ring specimens, Cement and Concrete Composites, V26, n. 6, 2004, pp531-540.
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argamassa a/c=0,50
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(me)
3,1 mm
19 mm
9,5 mm
Idade de fissurao
argamassa a/c=0,30
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Def
orm
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no
ao
(me)
3,1 mm
9,5 mm
19 mm
Idade de fissurao
argamassa a/c=0,50
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Tempo (dias)
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resistncia trao por compresso diametral
3,1 mm
9,5 mm
19 mm
argamassa a/c=0,30
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Tempo (dias)
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tuan
te (
MPa
)
resistncia trao por compresso diametral
3,1 mm
9,5 mm19 mm
argamassa a/c=0,50
Figura 3 Resultados obtidos por Hossain e Weiss em ensaios de retrao restringida pelo mtodo do anel (Hossain e Weiss)13.
interessante notar que a argamassa de relao a/c=0,30 experimentou maior
retrao e maior propenso fissurao, alm de uma menor resistncia trao
por compresso diametral do que a argamassa de relao a/c=0,50. Isto pode ser
explicado pelo fato de ter sido usado na argamassa de a/c=0,30, 3% de
superplastificante em relao massa do cimento. Isto pode ter criado diferenas
significativas entre os dois traos, explicando assim estes resultados aparentemente
contraditrios.
Sob um carregamento contnuo, a fadiga e o acmulo de danos podem promover o
aparecimento de fissuras num nvel menor ao da resistncia trao. Um valor da
relao tenso atuante/tenso resistente de 0,8 tipicamente encontrado em
concretos e argamassas. Devido a este motivo, o fator redutor de resistncia de 0,8
pode ser aplicado numa anlise da fissurao por retrao baseado em conceitos
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 8
unicamente de resistncia14. Esta afirmao corroborada pelos resultados de
Hossain e Weiss13, que mostram que a fissurao sempre ocorre num nvel menor
ao da resistncia do material, e que a medida que a idade de fissurao e a
espessura do anel aumentam, esta diferena se torna ainda maior.
O ensaio do anel tem sido feito em corpos-de-prova de dimenses muito distintas, o
que dificulta a comparao entre os resultados disponveis na literatura. Nesse
sentido, a implementao do projeto de norma da AASHTO15 (American Association
of State Highway and Trasnportation Officials) deve contribuir em prol do consenso
do meio cientfico e tcnico mundial. Este projeto de norma preconiza o uso de
extensmetros para a avaliao da deformao sofrida pelo anel de ao. Na Tabela
1 apresenta-se um levantamento de distintas dimenses que tem sido utilizadas.
Tabela 1 Levantamento de distintas dimenses utilizadas no ensaio do anel para avaliao da propenso fissurao de concretos e argamassas.
Pesquisadores Dimetro Interno (mm)
Espessura do corpo-de-prova
(mm)
Altura Espessura do anel Caracterstica
adicional
Carlson e Reading, 1940 125 34 - - -
Coutinho, 1958
405 125
80 25 - - -
AASHTO, 2000 300 75 150 12,0
Anel no fica aderido base
metlica
Poston et al, 2001 254 32 102 25,4
Anel fica aderido base metlica
Grochoski et al, 2003 300 40 70 3,1
Anel fica aderido base metlica
Hossain e Weiss, 2004 300 150 75
3,1 9,5 19,0
Anel no fica aderido base
metlica
Grullon, 2004 300 40 70 3,1 Anel fica aderido base metlica
14 ALTOBAUT, SA; LANGE, DA. Early age stresses and creep-shrinkage interaction of restrained concrete. Technical report of research supported by the Federal Aviation Administration. Department of Civil Engineering University of Illinois at Urbana-Champaign. March, 2001. 234pp. 15 AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS. Standard Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete. AASHTO Designation PP-34-89, pp. 179-182.
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 9
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL
3.1 Introduo Para atingir o objetivo proposto, escolheu-se estudar uma famlia de argamassas
dosadas no laboratrio, todas com uma mesma consistncia no estado fresco, e
portanto passveis de serem utilizadas para a mesma finalidade.
Foram tambm avaliadas trs argamassas industrializadas, de mesma consistncia e
destinadas ao mesmo uso. Buscou-se reunir um conjunto de informaes que
possibilite explicar de que forma as propriedades mecnicas dessas argamassas e a
sua retrao influem na potencialidade ou propenso fissurao.
Neste captulo so apresentadas as variveis envolvidas no trabalho, os materiais
empregados, os mtodos de ensaio utilizados e os resultados brutos obtidos.
3.2 Variveis do estudo
3.2.1 Parmetros fixados: Teor de aditivo superplastificante: Foi utilizado um teor constante e timo
em relao massa do cimento, o qual foi pr-determinado atravs do grau de saturao;
Teor de polmero: Foi utilizado um copolmero acrlico-estireno num teor constante em relao massa do cimento. O teor utilizado foi escolhido com a ajuda de um programa experimental preliminar;
Cura: Aps a moldagem os corpos-de-prova foram cobertos com um plstico e levados a uma cmara climatizada com UR95% e 232C (cmara mida) at completadas 24 horas de idade. Aps este tempo estes corpos-de-prova foram levados a uma cmara climatizada com UR 504% e 232C (cmara seca), onde foram mantidos at as idades de ensaio. Este tipo de cura foi escolhido devido a representar uma condio comumente encontrada na prtica, alm de permitir que os ensaios de retrao restringida fossem realizados num intervalo de tempo menor;
Cimento CPV ARI PLUS: Escolhido por ter uma rpida evoluo das propriedades mecnicas;
Agregado mido: Areia de origem natural fluvial, comumente empregada na confeco de concretos e argamassas no estado de So Paulo.
Argamassadeira: Foi utilizada uma mesma argamassadeira de capacidade nominal de 20 litros. Essa argamassadeira cumpre com os requisitos da norma ASTM C109/C109M-99;
Consistncia: A faixa de consistncia medida pelo dimetro de espalhamento foi fixada numa faixa igual a 20015 mm.
3.2.2 Variveis independentes. Argamassas Industrializadas trs argamassas de fornecedores e
formulaes distintas, mas todas de uma mesma faixa de consistncia;
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Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 10
Argamassas Dosadas no Laboratrio Famlia de argamassas de mesma consistncia e igual das argamassas industrializadas, com proporo cimento:areia em massa iguais a 1:1,0; 1:1,5, 1:2,2 e 1:3,0;
Idade Foram adotadas as idades de 1, 3, 7, 14, 28 e 63 como referncia para medida das variveis dependentes.
3.2.3 Variveis dependentes Resistncia trao na flexo; Mdulo de elasticidade; Retrao livre; Retrao restringida pelo mtodo do anel.
3.2.4 Variveis intervenientes. Massa especfica; Teor de ar aprisionado; Umidade relativa do ambiente; Relao a/c; Consumo de cimento; Temperatura.
A descrio dos materiais e mtodos de ensaio utilizados pode ser encontrada na dissertao de mestrado do primeiro autor desse boletim.
4 ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS
4.1 Modelagem da tendncia fissurao Para avaliar a propenso fissurao das argamassas estudadas com base nas
variveis medidas, buscou-se modelar as propriedades das argamassas que
fissuraram em relao ao tempo.
Para que um modelo seja considerado adequado, quando colocado junto s curvas
de todas as argamassas o mesmo deve conseguir separar as argamassas que
fissuraram das que no fissuraram no ensaio de retrao restringida. Ou seja, o
modelo deve fornecer um resultado similar ao apresentado na Tabela 2:
Tabela 2 Comparao do resultado das argamassas que fissuraram segundo o modelo empregado com as argamassas que fissuraram no programa experimental.
Modelo Argamassas que
fissuraram segundo o ajuste utilizado
Argamassas que fissuraram no programa
experimental
X AI1 AI3 1:1,0 1:1,5 AI1 AI3 1:1,0 1:1,5
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 11
Os modelos que foram empregados para a anlise foram:
ft vs tempo: qual a resistncia trao na flexo da argamassa na ocasio da fissurao;
Ec vs tempo: qual o mdulo de elasticidade da argamassa na ocasio da
fissurao; ft/Ec vs tempo: qual o valor da relao ft/Ec da argamassa na ocasio da
fissurao; vs tempo: qual a retrao livre do material na ocasio da fissurao; ft/Ec vs tempo: qual a diferena entre a deformao associada retrao
livre e a deformabilidade mxima calculada pela relao ft/Ec na ocasio da fissurao.
As figuras seguintes mostram o resultado fornecido por cada um dos modelos
utilizados. Aps apresentados serem, apresentados sero discutidos
individualmente.
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 12
y = 0.30x + 7.60R2 = 0.81
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70
Idade de Fissurao (dias)
Res
ist
ncia
t
ra
o na
fle
xo
(MPa
)
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (dias)
Res
ist
ncia
T
ra
o na
Fle
xo
(MPa
)
1:3,0:0,37
AI3
AI11:2,2:0,30
1:1,5:0,24
1:1,0:0,21
AI2
Melhor Ajuste (Resistncia trao na flexo vs Idade de fissurao)
Modelo Argamassas que
fissuraram segundo o ajuste utilizado
Argamassas que fissuraram no programa
experimental
ft vs tempo AI1 AI2 AI3 1:1,0 1:1,5 1:2,2 1:3,0 AI1 AI3 1:1,0 1:1,5
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 13
y = 0.22x + 28.09R2 = 0.65
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60 70
Idade de fissurao (dias)
Md
ulo
de e
last
icid
ade
(GPa
)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (dias)
Md
ulo
de E
last
icid
ade
(GPa
)
1:3,0:0,37AI3
AI1
1:2,2:0,301:1,5:0,24
1:1,0:0,21
AI2
Melhor Ajuste (Mdulo de elasticidade vs Idade de fissurao)
Modelo Argamassas que
fissuraram segundo o ajuste utilizado
Argamassas que fissuraram no programa
experimental
Ec vs tempo AI1 AI2 1:1,0 1:1,5 AI1 AI3 1:1,0 1:1,5
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 14
y = 7.01x + 277.08R2 = 0.72
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70
Idade de Fissurao (dias)
ft/E
c (m
/m)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (dias)
ft/E
c (m
m/m
)
1:3,0:0,3
AI3
AI11:2,2:0,301:1,5:0,24
1:1,0:0,21
AI2
Melhor Ajuste (ft/Ec vs Idade de fissurao)
Modelo Argamassas que
fissuraram segundo o ajuste utilizado
Argamassas que fissuraram no programa
experimental
ft/Ec vs tempo AI1 AI2 AI3 1:1,0 1:1,5 1:2,2 1:3,0 AI1 AI3 1:1,0 1:1,5
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 15
y = 28.79x + 518.81R2 = 1.00
0200400600800
100012001400160018002000220024002600
0 10 20 30 40 50 60 70
Idade de fissurao (dias)
Ret
ra
o Li
vre
(m/m
)
0200400600800
100012001400160018002000220024002600
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (dias)
Ret
ra
o Li
vre
( m/m
)
1:3,0:0,37
AI3
AI11:2,2:0,30
1:1,5:0,24
1:1,0:0,21
AI2
Melhor Ajuste (Retrao Livre vs Idade de fissurao)
Modelo Argamassas que
fissuraram segundo o ajuste utilizado
Argamassas que fissuraram no programa
experimental
vs tempo AI1 AI3 1:1,0 1:1,5 1:2,2 1:3,0 AI1 AI3 1:1,0 1:1,5
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 16
y = 154.99Ln(x) + 269.84R2 = 0.75
-500
0
500
1000
1500
2000
0 10 20 30 40 50 60 70
Idade de fissurao (dias)
Ret
ra
o liv
re -
ft/
Ec (
m/m
)
-500
0
500
1000
1500
2000
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (dias)
Ret
ra
o -
ft/E
c (m
/m)
AI3
AI
1:2,2:0,301:1,5:0,24
1:1,0:0,21
AI
1:3,0:0,3
Melhor Ajuste (Retrao Livre-ft/Ec vs Idade de fissurao)
Modelo Argamassas que
fissuraram segundo o ajuste utilizado
Argamassas que fissuraram no programa
experimental
ft/Ec vs tempo AI1 AI3 1:1,0 1:1,5 AI1 AI3 1:1,0 1:1,5
Dos modelos utilizados para a anlise, unicamente aquele que considerou a retrao
livre, resistncia trao na flexo e o mdulo de elasticidade de forma conjunta
conseguiu distinguir as argamassas que fissuraram das que no fissuraram.
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 17
Os modelos obtidos a partir das outras propriedades (ft, Ec, ft/Ec, ), embora tenham apresentado coeficientes de correlao elevados, no conseguiram prever
os resultados obtidos no programa experimental, ou seja, esses modelos indicaram
tanto a fissurao de argamassas que no fissuraram quanto o contrrio. Acredita-
se que at certo ponto estes altos coeficientes de correlao estejam associados ao
fato de todas as propriedades medidas (resistncia trao na flexo, mdulo de
elasticidade, retrao livre e resistncia compresso) serem funo (aumentam)
do tempo.
4.1.1 ft vs tempo. Nesse modelo o tipo de ajuste mais apropriado foi o linear, que forneceu um
coeficiente de correlao de 0,81. Segundo esse modelo, todas as argamassas
avaliadas deveriam ter fissurado at os 40 dias. Tambm, a argamassa AI-2 seria
uma das de maior tendncia fissurao, embora tenha sido comprovado
exatamente o contrrio durante o programa experimental, o que demonstra a
inadequao do modelo na previso da tendncia fissurao.
4.1.2 Ec vs tempo O coeficiente de correlao obtido quando utilizado esse modelo foi de 0,65, ou
seja, o menor dentre todos os ajustes utilizados. Entretanto, conseguiu um
resultado aparentemente satisfatrio, por ter separado vrias das argamassas que
fissuraram das que no fissuraram.
Apesar disso, a previso da tendncia fissurao atravs desse modelo julga-se
como inapropriada devido a que segundo ele, a argamassa de maior propenso
dentre as avaliadas seria a uma das argamassas que no fissuraram na pesquisa.
4.1.3 ft/Ec vs tempo O coeficiente de correlao do ajuste linear feito para esse modelo foi de 0,72.
Segundo o ajuste, as argamassas AI-1 e AI-2 so as nicas que fissurariam no
perodo estudado, ou seja, at os 63 dias de idade. A inadequao desse modelo
fica demonstrada com o fato dele ter acusado maior resistncia fissurao
argamassa de trao 1:1,0, ou seja, argamassa que fissurou com apenas 2,5 dias
de idade, e ainda a maior propenso fissurao argamassa AI-2, ou seja, uma
das que no fissurou na pesquisa.
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 18
4.1.4 vs tempo O ajuste mais apropriado foi o linear, que forneceu um elevado coeficiente de
correlao de 1,00. Esse modelo conseguiu acusar a fissurao de todas as
argamassas que efetivamente falharam. O problema que apenas indicou que a
melhor das argamassas em relao retrao (AI-2) no fissuraria, podendo,
assim, ser considerado um modelo muito favor da segurana, que pode ser
utilizado quando se quer fazer um estudo mais simplificado, considerando apenas
uma varivel que influencie na fissurao.
4.1.5 ft/Ec vs tempo O ajuste mais adequado a esse modelo foi o logartmico, o qual forneceu um
coeficiente de correlao de 0,75. Esse modelo foi o nico que conseguiu separar as
argamassas que fissuraram das que no fissuraram.
Teoricamente, a diferena entre a deformao devido retrao e a deformao
fornecida pela relao ft/Ec deveria ser igual a zero na idade de fissurao de cada
uma das argamassas. Acredita-se que a grande defasagem encontrada entre a
deformao por retrao e a deformao fornecida pela relao ft/Ec seja
principalmente funo de ter sido medido o mdulo de elasticidade compresso,
da diferena entre a retrao entre os corpos-de-prova utilizados para a
determinao da retrao livre e os corpos-de-prova utilizados para a determinao
da retrao restringida, de diferentes relaes volume/superfcie, e ainda pela efeito
da fluncia.
Segundo esse modelo a fissurao devido retrao no acontece de forma linear,
ou seja, a deformao residual que o material pode resistir aumenta com o tempo.
Isto parece concordar com os resultados obtidos por Hossain e Weiss13, que
mostram que a relao entre a tenso resistente e a atuante na idade de fissurao
foi maior nos corpos-de-prova submetidos a um maior grau de restrio.
Assumindo que o ensaio de retrao restringida empregado corresponde a uma
determinada condio de restrio possivelmente encontrada na prtica, ele pode
ajudar a mostrar a influncia da cura na fissurao. Argamassas que apresentem
curvas de ft/Ec, muito prximas do modelo encontrado, podem deixar de fissurar com um simples aumento no tempo de cura. Como exemplo, pode-se citar
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 19
a argamassa de trao 1:1,5:0,24, apresentada na Figura 4, para idades de cura
variando entre 1 e 3 dias, onde o acrscimo do perodo de cura evita a fissurao
do material.
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
0 10 20 30 40 50 60 70
Tempo (dias)
Retr
ao
- f
t/Ec
(m
/m)
1:1,5:0,24
Melhor Ajuste (Retrao Livre-ft/Ec vs Idade de fissurao)
1:1,5:0,243 dias de cura
Figura 4 Efeito do aumento do tempo de cura em argamassas cuja curva de ft/Ec se encontram prximas do modelo encontrado.
4.2 Parmetros de dosagem das argamassas preparadas no laboratrio visando a diminuio da tendncia fissurao
As argamassas de reparo devem atingir propriedades mecnicas estruturais
(resistncia compresso, mdulo de elasticidade) ou de durabilidade (absoro de
gua, permeabilidade). Um estudo detalhado desse tipo permitiria, a partir de
exigncias mnimas estabelecidas para a argamassa, a escolha do trao que
apresente uma menor tendncia fissurao.
O modelo considerado como adequado para a previso da tendncia fissurao,
ou seja, o modelo ft/Ec foi apresentado num diagrama de dosagem. Na Tabela 3 so apresentadas todas as equaes utilizadas para a elaborao do diagrama de
dosagem.
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 20
Tabela 3 Equaes empregadas na execuo dos diagramas de dosagem.
Propriedades Lei de Comportamento Equao Coeficientes
m x a/c Lei de Lyse cakkm /21 += K1 e k2
Ccimento x m Lei de Molinari mkkCcimento += 43
1000 K3 e k4
j - ftj/Ecj x a/c
Melhor ajuste* jjjcj
tjj kcakcakE
f76
25 // ++= k5j, k6j e k7j
*Equao que fornece o melhor coeficiente de correlao ajustada pelo programa de anlise de dados.
0.20 0.30 0.40
-200
0
200
400
600
800
1000
1
2
3
3 dias7 dias
14 dias28 dias63 dias
6009001200
Retrao Livre - ft/Ec (
Relao a/c (kg/kg)Consumo de cimento (kg/m3)
m (kg/kg)
m/m)
1 dia
Figura 5 Diagrama de dosagem para a expresso retrao livre menos a relao ft/Ec.
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 21
5 CONSIDERAES FINAIS
O nico modelo que conseguiu acusar a fissurao das argamassas que realmente fissuraram no ensaio de retrao restringida foi o modelo j - ftj/Ecj, que considera todas as variveis influentes na fissurao medidas no
programa experimental.
Para um estudo mais simplificado pode ser utilizado o modelo que considera apenas a retrao livre, pois trata-se de um modelo que acusou a fissurao
de todas as argamassas que efetivamente fissuraram e de mais duas,
intermedirias entre as que fissuraram e a que significantemente melhor
dentre as que no fissuraram.
O modelo considerado o mais adequado nesse estudo tambm consegue mostrar que para argamassas com curvas muito prximas ao modelo, ou
seja, com moderada tendncia fissurao, podem deixar de fissurar com
um simples aumento no perodo de cura.
Para argamassas de uma mesma famlia pode-se dizer que h um trao que apresenta a menor tendncia fissurao, podendo essa propriedade
contribuir para estudos mais abrangentes sobre o comportamento de
argamassas de reparo.
Quando determinadas as exigncias mecnicas mnimas que deve atingir uma argamassa de reparo um estudo desse tipo permite a escolha da
argamassa de menor tendncia fissurao.
Para argamassas com tendncia fissurao elevada apenas nas primeiras idades, o caminho para minimiz-la diminuir a retrao livre dessas
argamassas, na medida em que a relao ft/Ec praticamente no varia.
-
Estudo da fissurao associada retrao em argamassas para reparo em estruturas de concreto Manuel Grulln; Paulo Helene 22
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