Análise da Influência da Metodologia de Medição da Retração Face aos Valores Estimados Através do EC2

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1 Encontro Nacional BETÃO ESTRUTURAL - BE212 FEUP, de outubro de 212 Análise da Influência da Metodologia de Medição da Retração Face aos Valores Estimados Através do EC2 António Ribeiro 1 Vasco Medina 2 Augusto Gomes 3 Arlindo Gonçalves 4 RESUMO A norma europeia EN 1239 é dedicada aos ensaios em betão endurecido. Ainda não existe a parte da norma relativa aos ensaios de retração, estando, no entanto, um projeto de norma europeia, de 211, em discussão pelo Comité Técnico CEN/TC 14para a determinação da retração do betão em condições autogéneas e em condições de secagem. Visto que esta proposta se encontra em fase de apreciação, considerou-se interessante fazer uma análise comparativa dos diferentes métodos de medição, confrontando os resultados experimentais com as estimativas obtidas a partir dos modelos analíticos expressos no EC2. Para o efeito utilizaram-se três métodos de medição e duas dimensões distintas de provetes. Assim sendo, mediu-se a retração usando pernos colocados no topo dos provetes, barras que atravessam a secção e bases de medida coladas na superfície lateral. Para o fabrico dos provetes, utilizaram-se moldes de 8x8x335 (mm 3 ) e de 15x15x6 (mm 3 ). Os resultados obtidos evidenciam que não é indiferente o método de medição utilizado nem a dimensão do provete, mas as variações obtidas podem ser negligenciáveis, e mostram também que pode existir uma diferença significativa entre os valores estimados pelo modelo do EC2 e os resultados experimentais. Palavras-chave: retração, ensaios em betão 1. INTRODUÇÃO No âmbito das atividades do Comité Técnico CEN TC 14, Concrete and related products, está em preparação a norma de ensaio para a medição da retração do betão [1]. Esta norma fará parte da série de normas EN Ensaios no betão endurecido. Um dos aspetos importantes para a medição da retração é a dimensão dos provetes, uma vez que a parcela de secagem da retração depende, no tempo, da relação entre a superfície e o volume, e, assim, da dimensão dos provetes. Desde que esteja assegurada a representatividade do betão pelos provetes, nomeadamente no que se refere à relação entre a máxima dimensão do agregado e a mínima dimensão do provete, a escolha das dimensões dos provetes pode refletir apenas a tradição de cada país, desde que se disponha de uma metodologia que 1 Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal. bribeiro@lnec.pt 2 Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal. vmedina@lnec.pt 3 Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal. augusto@civil.ist.utl.pt 4 Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal. arlindo@lnec.pt

2 Análise da influência da metodologia de medição da retracção face aos valores estimados através do EC2 traduza corretamente a influência da relação entre a superfície e o volume, por exemplo através da espessura fictícia. Para além da dimensão dos provetes, a forma de medição pode também ter influência nos resultados. Efetivamente, apesar de se tratar de uma alteração de volume, a retração é em geral traduzida pela variação da dimensão longitudinal do provete, relativamente ao comprimento original, sendo que existem diferentes formas de a medir, por exemplo através medições no topo ou nas superfícies laterais do provete, que podem conduzir a valores diferentes. Neste exemplo, nas medições de topo a deformação de todo o provete é contabilizada enquanto nas medições feitas nas superfícies laterais do provete apenas é considerada a deformação entre os pontos de medição, que não engloba toda a dimensão do provete. No LNEC têm sido utilizados provetes para medição da retração, com várias dimensões e distintas formas de medição, sendo a influência da forma avaliada de acordo com os códigos estruturais, REBAP [2] e EC2 [3]. No projeto de norma em discussão [1] são sugeridos provetes prismáticos com dimensão mínima entre 7 e mm, com medições de topo. Foi assim considerado relevante fazer uma avaliação da influência da dimensão do provete e da forma de medição nos resultados da retração, comparando-os com os valores estimados pelo EC2 [3]. 2. MATERIAIS E MÉTODOS DE ENSAIO Foi fabricado um betão com a composição indicada no Quadro 1 numa misturadora de laboratório, com um abaixamento de 15 mm, com o qual foram preparados os provetes com as dimensões constantes do Quadro 2. Tal como indicado neste Quadro 2, com os provetes mais pequenos (8x8x335 mm 3 ) foram utilizados 3 métodos de medição: através de pernos inseridos no topo dos provetes, Fig. 1; através de varões atravessando os provetes, Fig. 2; e através de bases metálicas coladas nas superfícies laterais dos provetes, Fig. 3. Quadro 1. Composição do betão. Material Dosagem [kg/m 3 ] Cimento CEM II/A-L 42,5 R 31 Areia 82 Brita Brita Água 171 Adjuvante Pozzolith 39N 2,41 Quadro 2. Dimensões e bases de medição dos provetes. Dimensões Pernos nos topos Varões Chapas coladas [mm] atravessados 8x8x335 (pequenos) 2 provetes 2 provetes 2 provetes 15x15x6 (grandes) - 2 provetes 2 provetes Figura 1. Moldes dos provetes pequenos com pernos no topo (à esquerda) e respetivo provete (à direita) 2

3 Ribeiro, Medina, Gomes e Gonçalves Figura 2. Moldes dos provetes pequenos com varões atravessados (à esquerda) e respetivo provete (à direita) Figura 3. Provetes pequenos com chapas coladas na superfície Com a mesma amassadura foram preparados também provetes com maiores dimensões, designados nas figuras por grandes (15x15x6 mm 3 ), mas neste caso para apenas duas formas de medição: através de varões atravessando os provetes, Fig. 4; e através de bases metálicas coladas nas superfícies laterais dos provetes, Fig. 5 Figura 4. Moldes dos provetes grandes com varões atravessados (à esquerda) e respetivos provetes (à direita) Figura 5. Moldes dos provetes grandes com chapas coladas na superfície 3

4 Análise da influência da metodologia de medição da retracção face aos valores estimados através do EC2 As medições da retração foram efetuadas seguindo, quando aplicável, a Especificação LNEC E 398 [4], tendo-se feito as primeiras leituras 24 horas após o fabrico do betão, altura da desmoldagem, com exceção das medições nos provetes com chapas coladas, em que se iniciaram as leituras 48 horas após o fabrico. Neste caso, teve que se aguardar a secagem da cola durante 24 horas para se iniciar a medição, o que perfez as 48 horas referidas. Após a desmoldagem, os provetes foram colocados numa sala condicionada, a uma temperatura de 2±2 ºC e a uma humidade relativa de 5±5 %. A distância entre as bases de leitura foi de mm nos provetes pequenos, à exceção dos provetes com pernos no topo em que o comprimento base é igual ao comprimento do provete, 335 mm. Nos provetes grandes a distância entre bases de leitura foi de 4 mm. As leituras das deformações foram efetuadas recorrendo a alongâmetros munidos de defletómetros digitais com resolução de 1 µm, nos casos dos provetes com chapas coladas e com varões atravessados (Fig. 6). Nos provetes com pernos as leituras foram realizadas numa estrutura metálica onde se encontra uma base para colocação do provete e um defletómetro digital, também com resolução de 1 µm (Fig. 7). Antes de cada medição, foi efetuada a leitura dos padrões, materializados por varões de invar com comprimento igual às bases de medida, de forma a corrigir o efeito de eventuais variações de temperatura. Figura 6. Alongâmetro munido de um defletómetro digital e respetivos padrões em aço e em invar Figura 7. Estrutura metálica munida de um defletómetro digital e respetivo padrão em invar Foram efetuadas leituras a 1, 2, 3, 7, 9, 14, 23 e 28 dias e ainda aos 3 meses de idade. Para além dos provetes prismáticos para medição da retração, foram também preparados provetes cúbicos com 15 mm de aresta para determinação da resistência à compressão, tendo-se obtido uma tensão de rotura de 5,9 MPa aos 28 dias de idade. 4

5 Ribeiro, Medina, Gomes e Gonçalves 3. RESULTADOS E ANÁLISE 3.1 Influência da dimensão dos provetes e do método de medição Na Fig. 8 estão apresentados os resultados de retração obtidos nas idades anteriormente indicadas, sendo cada ponto correspondente ao valor médio obtido nos dois provetes preparados para cada caso estudado. Observa-se, claramente, que os provetes de menor dimensão (Peq.), representados por marcas a cheio, têm maior retração que os provetes grandes (Grd.), representados pelos sinais (+ e *). A diferença acentua-se com a idade e traduz, naturalmente, a maior secagem que ocorre nos elementos com maior razão entre a superfície exposta e o respetivo volume. Estes resultados são, portanto, concordantes com o esperado no sentido de que à maior razão superfície/volume corresponde maior retração de secagem; Peq.-varões Peq.-chapas Peq.-pernos Grd.-varões Grd.-chapas Figura 8. Variação da retração com a idade de todos os casos estudados Peq.-varões Peq.-chapas Peq.-pernos Log. (Peq.-varões) Log. (Peq.-chapas) Log. (Peq.-pernos) Figura 9. Variação da retração com a idade nos provetes 8x8x335 mm 3 5

6 Análise da influência da metodologia de medição da retracção face aos valores estimados através do EC2 Na Fig. 9 podem comparar-se os valores obtidos nos provetes mais pequenos. Nota-se que as medições individuais, representadas pelas marcas a cheio, apresentam alguma variação, no entanto, as curvas logarítmicas de tendência, que melhor se ajustam aos pontos, quase se sobrepõem. Note-se que, na Fig. 9, a curva de tendência relativa aos provetes com chapas coladas difere um pouco das duas restantes, diferença à qual não será alheia a data de início da medição da retração. Efetivamente, neste caso a primeira leitura foi efetuada aos 2 dias e não às 24 horas, o que, naturalmente se reflete nos valores obtidos, pelo que a pequena diferença nas curvas de tendência não deve ser valorizada. Assim, estes resultados sugerem que as variações entre métodos de medição são principalmente associadas a erros de medição e não intrínsecas a insuficiência dos métodos. Para melhor explorar a diferença devida ao método de medição, na Fig. 1 apresentam-se os valores relativos aos provetes pequenos, considerando que as leituras eram iniciadas aos 2 dias, ou seja, para os provetes com pernos e com varões reduziram-se todos os valores da retracção medida entre o primeiro e o segundo dia de idade. Nesta situação observa-se que os resultados obtidos nos provetes com chapas é ligeiramente superior aos obtidos nos provetes com pernos e com varões, o que deverá estar associado ao local onde estão colocadas as bases, e, consequentemente, à deformação que refletem. As medições nos provetes com chapas indicam a retracção superficial enquanto que as medições nos provetes com pernos e com varões exprimem a variação longitudinal de todo o volume do provete. Na hipótese de que as secções se mantêm planas a deformação deveria ser equivalente, no entanto, é possível que a secagem superficial possa traduzir um ligeiro maior encurtamento do provete junto à superfície, variação associada ao estado higrométrico diferencial. Todavia as diferenças continuam a ser pequenas, praticamente da ordem de grandeza da incerteza da medição, pelo que uma campanha mais vasta de ensaios seria necessária para permitir apresentar conclusões relativamente a este aspeto Peq.-varões Peq.-chapas Peq.-pernos Log. (Peq.-varões) Log. (Peq.-chapas) Log. (Peq.-pernos) Figura 1. Variação da retração com a idade, a partir dos 2 dias nos provetes 8x8x335 mm 3 com chapas e com pernos Na Fig. 11 observam-se agora os valores obtidos com as 2 formas de medição utilizadas com os provetes grandes. Também neste caso se observa uma dispersão reduzida dos resultados, podendo aplicar-se a interpretação já feita para os provetes pequenos, também no que se refere à idade da primeira leitura. Existe, assim, concordância sobre a independência dos resultados obtidos face ao método de medição, pelo menos em termos significativos. 6

7 Ribeiro, Medina, Gomes e Gonçalves Grd.-varões Grd.-chapas Log. (Grd.-varões) Log. (Grd.-chapas) Figura 1. Variação da retração com a idade nos provetes 15x15x6 mm Comparação dos resultados obtidos com as estimativas do EC2 Nas Figs. 11 e 12 encontram-se as medições efetuadas e as estimativas para os valores da retração obtidas por aplicação do previsto no EC2, respetivamente para os provetes pequenos e grandes. A estimativa para a retração de secagem foi efetuada considerando que esta se iniciou ao fim de 24 horas Peq.-varões Peq.-chapas Peq.-pernos EC2-8x8x335 Figura 11. Variação da retração com a idade nos provetes 8x8x335 mm 3 e respetivos valores estimados por aplicação do EC2 7

8 Análise da influência da metodologia de medição da retracção face aos valores estimados através do EC Grd.-varões Grd.-chapas EC2-15x15x6 Figura 12. Variação da retração com a idade nos provetes 15x15x6 mm 3 e respetivos valores estimados por aplicação do EC2 Quer num caso quer noutro, observa-se que a dispersão associada ao método de medição é muito inferior à diferença entre os valores medidos e os valores estimados. Por exemplo, aos 3 meses, nos provetes mais pequenos, a diferença entre a estimativa e os valores medidos é superior a x1-6, cerca de dez vezes a diferença entre os valores medidos pelos diferentes métodos. Em ambas as figuras se constata que os valores estimados são substancialmente superiores aos medidos, mostrando que o desempenho real pode diferir de forma significativa do comportamento médio previsto na ausência de dados concretos. Nos casos estudados, e independentemente da dimensão dos provetes, a proporção entre os valores medidos e os valores estimados foi de cerca de,4 a,6. Note-se, porém, que as medições foram iniciadas após a desmoldagem, perdendo-se, assim, a retração autogénea no 1º dia (ou nos primeiros 2 dias no caso dos provetes com chapas coladas). Esta perda, segundo estimativa do EC2, seria relativamente pequena, 11x1-6 para 24 horas. A perda pode eventualmente ser um pouco superior, dado que em geral o EC2 subestima a retracção autogénea, particularmente para baixos valores de A/C [5], mas não será muito significativa neste caso, dado que a razão A/C do betão fabricado é de,57, ou seja, um valor já elevado para que a retracção autogénea possa ser considerada relevante. Como se mediu a retracção com provetes com duas dimensões distintas, para além da comparação entre os valores medidos e os estimados pelo EC2, em valor absoluto, pode-se também verificar se os parâmetros introduzidos no EC2 para traduzir a influência da dimensão se adequam às leituras efetuadas. Na Figura 13 apresentam-se as razões entre os valores relativos à retracção dos provetes pequenos e grandes. Os valores estimados correspondem à razão obtida pela divisão dos valores das curvas do EC2 apresentados nas Figs. 11 e 12 e os valores reais correspondem à razão entre as médias das leituras nos provetes apresentadas nas mesmas figuras. Como se observa, a partir dos 7 dias os valores reais aproximam-se dos valores estimados, sendo os valores reais menores para idades inferiores. Em termos físicos, os resultados sugerem que para pequenas idades a influência da maior secagem relativa nos provetes mais pequenos não tem tanto significado como o previsto pelo EC2. No entanto, deve ter-se em atenção que o efeito da secagem depende da velocidade do ar, que no laboratório é pequena, e que a retracção autogénea estimada pelo EC2 também é pequena, pelo que não se pode concluir deste trabalho que a influência da dimensão não está adequadamente traduzida pelo EC2, mas pelo contrário que neste caso se obteve uma boa aproximação entre o estimado e o real. 8

9 Ribeiro, Medina, Gomes e Gonçalves Retracção: razão Peq./Grd estimado EC2 Figura 13. Variação com a idade da razão entre a retracção nos provetes x8x335 mm 3 e a retracção nos provetes 15x15x6 mm 3 real CONCLUSÕES O estudo efetuado, centrado na medição da retração de provetes com diferentes dimensões e utilizando distintos métodos de medição, permitiu concluir o seguinte: - Apesar da utilização de diferentes métodos de medição poder conduzir a resultados distintos, os ensaios realizados mostraram que eles podem ser de amplitude negligenciável; - Os resultados obtidos nos provetes com diferentes dimensões foram concordantes no sentido de que a maior razão superfície/volume corresponde maior retração de secagem; - Os valores estimados pelo EC2 são substancialmente superiores aos experimentais, mas existiu concordância na proporção entre os valores medidos e os estimados em provetes com diferentes dimensões. Desta forma, julga-se que a norma europeia para medição da retração deveria contemplar, para além de um método de referência, a possibilidade de utilizar outros métodos que evidenciem conduzir a valores semelhantes de retração, de forma a evitar gastos desnecessários em trocas de equipamentos sem vantagens significativas para o rigor dos resultados. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer à Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) pelo apoio financeiro concedido no âmbito do projecto PTDC/ECM/1575/8. REFERÊNCIAS [1] pren 1239-xz. 211(STD Version 2.2), Testing hardened concrete Part xz: Determination of endogenous, total and drying shrinkage of concrete, CEN/TC 14, 25 p. [2] REBAP, Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado, Decº-Lei nº 349 C83 de 3 de Julho, Diário da República, 1ª Série, Nº 174, 7º Suplemento. [3] NP EN , Eurocódigo 2 Projecto de estruturas de betão, Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifícios, IPQ, 259 p. 9

10 Análise da influência da metodologia de medição da retracção face aos valores estimados através do EC2 [4] LNEC E Betões. Determinação da retracção e da expansão. Lisboa: LNEC. 2p. [5] Ribeiro, A.B.; Gonçalves, A. (21). Autogenous shrinkage measurements on cement pastes: influence of w/c, cement fineness, C 3 A content, and superplasticizer dosage, relatório I&D Materiais 431/21-NB, Lisboa, LNEC, 47p. 1