*Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Universidade Federal do Rio Grande do Sul

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1 4º Congresso Português de Argamassas e ETICS Influência da área real de contato de argamassas de revestimento na resistência de aderência ao cisalhamento Carina Mariane Stolz* Doutoranda NORIE/UFRGS Brasil carimstolz@yahoo.com.br Angela Borges Masuero* Professora Doutora UFRGS Brasil angela.masuero@ufrgs.br *Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Universidade Federal do Rio Grande do Sul Resumo: O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência da área de contato real das argamassas de revestimento aplicadas sobre substratos de concreto na resistência de aderência ao cisalhamento. Para sua realização foi desenvolvido um aparato para a realização deste ensaio. Os corpos-de-prova resultantes foram analisados através de um scanner tridimensional à laser, onde digitalizou-se o corpo-de-prova cisalhado e o substrato de onde ele foi removido. A intersecção destas duas imagens possibilitou a mensuração da área real de contato entre a argamassa e o substrato, possibilitando a correlação entre esta área e a resistência de aderência ao cisalhamento das argamassas estudadas. Palavras chave: aderência, cisalhamento, área de contato 1. INTRODUÇÃO O estudo da aderência de argamassas de revestimento sobre substratos de concreto é um tema que vem chamando a atenção de diversos pesquisadores pela sua complexidade e dificuldade de compreensão, resultantes da grande quantidade de variáveis envolvidas neste fenômeno.

2 Estimuladas pelo trabalho considerado pioneiro neste assunto no Brasil, desenvolvido por Carasek [1], novas teorias passaram a ser discutidas no tocante à questão da aderência. A grande questão em debate é definir se a aderência entre a argamassa e o substrato ocorre pela penetração da pasta aglomerante da própria argamassa nos poros do substrato, pela ancoragem da argamassa nas irregularidades do mesmo, ou por ambos os fatores. Carasek, Cascudo e Scartezini [2] afirmam que a aderência da argamassa endurecida ao substrato é um fenômeno essencialmente mecânico, devido, basicamente, à penetração da pasta aglomerante ou da própria argamassa nos poros ou retida entre a rugosidade da base de aplicação. Por outro lado, o assunto da ancoragem poderia ser eminentemente fruto da garantia de extensão de contato entre a rugosidade da base e o revestimento argamass ado, conforme propõe Gonçalves [3] afirmando que o travamento mecânico, pela penetração do adesivo nas irregularidades do substrato pode ser a força principal de atuação na aderência. Alguns autores, como Romero [4] afirmam que para se maximizar a aderência, devem-se criar grandes macrorugosidades, pois, desta maneira, se maximizaria a superfície real que se poderia molhar com um determinado adesivo. No entanto o real comportamento das argamassas ao serem aplicadas sobre os diferentes substratos não pode ser analisado de forma tão simplista. Neste contexto, autores como Sabbatini (1994) afirmam que a aderência deriva da conjunção de três propriedades da interface argamassa/substrato: resistência de aderência à tração, resistência de aderência ao cisalhamento e extensão de aderência [5]. O ensaio de resistência de aderência à tração é bastante difundido no Brasil, sendo que para sua realização são utilizados aderímetros, executando-se ensaios de resistência de aderência à tração conforme a norma brasileira vigente, NBR 13528/2010. O ensaio de resistência de aderência ao cisalhamento é pouco explorado nacional e internacionalmente, sendo que alguns trabalhos que utilizam o referido ensaio baseiam-se nas normas da RILEM, que propõe dois métodos para a medição da resistência de aderência ao cisalhamento, sendo eles a MR-14: Determination of the Bond of renderings by shear tests e a MR-20: Determination of the bond strenght of rendering by torsion test. Entre os trabalhos nacionais, alguns autores utilizaram este ensaio, como Candia [5] e Dubaj [6]. O estudo de Dubaj [6] foi executado através da utilização de um torquímetro, baseado na norma RILEM MR-20. Já Candia [5] desenvolveu um dispositivo para a realização do ensaio de resistência de aderência ao cisalhamento direta, com a aplicação da força através de um braço de alavanca, o qual apresentou bom desempenho, segundo o autor. Quanto à área de contato, são poucos os estudos e metodologias adotadas para avaliá-la. Normalmente, autores estimam esta área através da análise da área de contato de fatias ou amostras retiradas de corpos-de-prova, onde se analisa a interface através de lupas ou microscópios e extrapola-se esta amostra para o restante do conjunto. 1.1 Objetivos Gerais e Específicos Este trabalho visa verificar a influência da área real de contato nos valores de resistência de aderência ao cisalhamento de revestimentos de argamassa. Complementarmente, apresenta-se o desenvolvimento de um dispositivo para a realização deste ensaio e desenvolvimento de técnica tridimensional para análise da área de contato da argamassa com o substrato.

3 2. METODOLOGIA A primeira etapa da realização deste estudo foi o desenvolvimento do dispositivo para o ensaio de resistência de aderência ao cisalhamento (Rc). Para tal, partiu-se do princípio que este deveria ser de fácil utilização e apresentar resultados precisos. Desta forma, o dispositivo foi ensaiado e desenvolvido de forma que se utilize aderímetros, bastante desenvolvidos e difundidos no meio técnico, para que se aplique uma força cisalhante de forma controlada sobre os corpos de prova avaliados. A segunda etapa foi a moldagem dos substratos de concreto, os quais foram moldados nas dimensões de 25x35x5cm e com resistência à compressão média aos 28 dias de 35 MPa. Estes foram produzidos com cimento Portland CPII-Z e areia média de origem quartzosa (massa específica 2,50g/cm³ e módulo de finura 2,50), com proporcionamento definido através de dosagem pelo método do IPT/EPUSP, resultando no exposto na tabela 1. Dosagem (traço) Tabela 1- Proporcionamento do concreto utilizado na confecção dos substratos α (%) Proporcionamento Propriedades cim a p a/c H(%) slump (cm) Consumo cimento (Kg/m³) Consumo de água (L/m³) 1:3, ,65 2,08 0,47 9,94 10± ,67 a(%) : teor de argamassa ; cim : cimento ; a : areia ; p : pedra ; a/c : relação água/cimento ; H(%) : teor de umidade. O fundo da fôrma onde o substrato foi moldado foi revestido com uma manta polimérica de rugosidade controlada, conforme mostra a figura 1. a) b) Figura 1- Rugosidade superficial do substrato de concreto. a) manta polimérica. b) aspecto superficial do concreto Sobre os substratos de concreto foram aplicadas quatro argamassas mistas com proporcionamento 1:1:3,10 (cimento:cal:areia, em massa, areia seca), com relação água/aglomerante 1,2. Em três argamassas variou-se o percentual de aditivo incorporador de ar em sua composição em 0% (A1), 0,2% (A2) e 0,5% (A3), em relação à massa de cimento. A areia utilizada em sua produção foi de origem quartzosa composta com 25% de cada uma das frações retidas nas peneiras 1,2; 0,6; 0,3 e 0,15 mm (massa específica 2,50 g/cm³ e módulo de finura 3,19). Na quarta argamassa (A4), utilizou-se o mesmo proporcionamento e fator água/aglomerante, no entanto, alterou-se a granulometria do agregado utilizado, utilizando-se apenas areia quartzosa retida na peneira 0,3 mm. A

4 escolha destes proporcionamentos visou à obtenção de argamassas com diferentes comportamentos reológicos e resistências mecânicas elevadas, de modo que os ensaios de resistência de aderência fornecessem o máximo de resultados com ruptura na interface argamassa/substrato. Em todas as argamassas foi utilizada cal calcítica CHI (massa específica 2,37g/cm³ e diâmetro médio das partículas 22,4 µm) certificada pelo PBQPH (Programa brasileiro da qualidade e produtividade do habitat), ou seja, com características adequadas aos limites exigidos em norma e cimento Portland CPIV. A caracterização dos cimentos utilizados encontra-se na tabela 2. Cimento Tabela 2- Características químicas e físicas dos cimentos empregados Perda ao Fogo (%) Óxido de Magnésio - MgO (%) A nidrido Sulfúrico (%)- SO 3 A nidrido Carbônico - CO2 (%) Resíduo Insolúvel (%) Equivalente A lcalino em Na 2O - (0,658 x K2O% + Na2O%) (%) Massa específica (g/cm³) Superfície específica Blaine (m³/kg) Finura peneira nº 200 CP II - Z 5,29 4,72 2,42 26,17 1,49 2,95 489,63 3,4 CP IV ,18 5,79 3,01 4,51 11,5 0,7 2, ,1 Após cura controlada de 28 dias do substrato de concreto realizou-se a aplicação das argamassas sobre ele. Esta foi realizada com a utilização de um dispositivo chamado caixa de queda, mantendo-se a altura de lançamento constante em um metro, obtendose assim um controle quanto à energia de aplicação. Neste programa experimental não se utilizou a camada de chapisco propositalmente, visando avaliar a interação argamassa/substrato sem nenhum tipo de preparo. Após a moldagem, os substratos de concreto com argamassa foram submetidos à cura em câmara climatizada durante 28 dias com temperatura e umidade controladas de 23±2 C e 60±5% respectivamente. Aos 28 dias de cura realizaram-se ensaios de resistência de aderência ao cisalhamento (Rc), através do dispositivo desenvolvido. Entre os corpos-de-prova ensaiados selecionaram-se aqueles que obtiveram a ruptura por cisalhamento 100% na interface argamassa/substrato, visando avaliar a área real de contato nesta área. Os corpos-de-prova selecionados, bem como a área do substrato de onde eles foram retirados, foram digitalizados com a utilização de Scanner tridimensional à laser da marca Tecnodril, modelo Digimill 3D (figura 2). Figura 2 - Scanner tridimensional a laser

5 3. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS A figura 3 apresenta o aspecto final do dispositivo de cisalhamento desenvolvido, sendo possível observá-lo em vista lateral (a) e em corte (b). Observa-se que, propositalmente, neste programa experimental, forçou-se o cisalhamento na interface argamassa/substrato, sendo que outras formas de rupturas podem também ser obtidas com o dispositivo desenvolvido. Figura3- Dispositivo de cisalhmento desenvolvido Para apoiar o aderímetro, foi desenvolvido um suporte com duas peças. Uma delas apóia o aderímetro (peça 1), e a outra trava a primeira peça sobre a placa a ser cisalhada (peça 2). Estas peças estão mostradas na figura 4, onde pode-se observar complementarmente o dispositivo desenvolvido sendo utilizado, estando este devidamente travado e nivelado, bem como o corpo-de-prova a ser ensaiado. a) b) Figura 4 Detalhamento das peças de apoio e forma de aplicação do dispositivo. a) vista lateral. b) vista superior

6 A tabela 3 apresenta os resultados da caracterização das argamassas estudadas. Tabela 3 - Características físicas e mecânicas das argamassas Coef. de Classificação Ensaio Normalização Argamassa Resultado médio Desvio padrão variação (%) (NBR 13281/05) A1 (0%) 272 mm 1,17 4,31 Índice de consistência NBR 13276/2004 Densidade de massa no estado fresco Teor de ar incorporado Retenção de água Absorção de água por capilaridade Densidade de massa no estado endurecido Resistência à compressão Resistência à tração na flexão NBR 13278/1995 NBR 15259/2005 NBR 13280/2005 NBR 13279/2005 NBR 13279/2005 A2 (0,2%) 284 mm 1,50 5,27 A3 (0,5%) 288 mm 0,85 2,95 A4 (0%G) 167 mm 0,78 4,69 A1 (0%) 1639 kg/m³ 96,78 5,91 A2 (0,2%) 1536 kg/m³ 20,82 1,36 A3 (0,5%) 1446 kg/m³ 15,10 1,04 A4 (0%G) 1383 kg/m³ 27,13 1,96 A1 (0%) 2,65 (%) 0,07 2,67 A2 (0,2%) 4,9 (%) 0,00 0,00 A3 (0,5%) 6,45 (%) 0,35 5,48 A4 (0%G) 4,7 (%) 0,00 0,00 A1 (0%) 96 (%) 1,85 1,92 U5 A2 (0,2%) 84 (%) 0,37 0,45 U3 A3 (0,5%) 79 (%) 0,05 0,07 U2 A1 (0%) C= 9,43 g/dm².min½ 1,97 20,89 C5 A2 (0,2%) C= 9,26 g/dm².min½ 1,24 13,39 C5 A3 (0,5%) C= 9,13 g/dm².min½ 0,96 10,51 C5 A4 (0%G) C= 10,66 g/dm².min½ 0,6 5,65 C5 A1 (0%) 1857 kg/m³ 18,42 0,99 M5 A2 (0,2%) 1728 kg/m³ 15,23 0,88 M4 A3 (0,5%) 1657 kg/m³ 20,62 1,24 M4 A4 (0%G) 1831 kg/m³ 14,82 0,81 M5 A1 (0%) 7,08 MPa 2,52 35,59 P5 A2 (0,2%) 5,19 MPa 0,76 14,57 P4 A3 (0,5%) 3,52 MPa 0,51 14,49 P3 A4 (0%G) 5,05 MPa 0,69 13,76 P4 A1 (0%) 1,28 MPa 0,33 25,78 R2 A2 (0,2%) 2,28 MPa 0,26 11,46 R1 A3 (0,5%) 1,80 MPa 0,19 10,65 R1 A4 (0%G) 1,51 MPa 0,23 15,47 R2 Os resultados de resistência de aderência ao cisalhamento, bem como a área real de contato obtida através da digitalização tridimensional à laser de cada corpo -de-prova analisado estão apresentados na tabela 4. Observa-se que nesta estão apresentados dois valores de Rc, um real e outro teórico. Considerou-se o Rc teórico aquele em que se utilizou a área de contato teórica, considerando-se um diâmetro de 50 mm, para a transformação da resistência de aderência de kn para MPa. O Rc real foi obtido através da utilização da área real de contato, medida no scanner tridimensional à laser para a obtenção da Rc. Além disso, a tabela 4 apresenta um fator de área de contato, de A a J, onde separou-se os intervalos de valores de áreas de contato em faixas, para possibilitar a realização da análise estatística dos resultados. A tabela 5 apresenta os intervalos de valores de área de contato que cada fator compreende.

7 Tabela 4 - Valores de resistência de aderência e área de contato CP Rc teórica (MPa) Área de contato (mm²) Área de contato (fator) Rc real (MPa) Argamassa 25 0, ,98 F 1, , ,32 I 0, , ,20 C 1, , ,50 E 0, , ,66 E 0, , ,73 E 0, ,46 918,43 A 1, , ,69 E 0, , ,70 G 0, , ,09 E 0, , ,34 F 0, , ,01 G 0, , ,66 J 0, , ,49 H 0, , ,59 I 0, , ,75 F 0, , ,14 H 0, , ,47 G 0, , ,01 G 0, , ,23 I 0, , ,55 F 0, , ,04 F 0, , ,68 G 0, , ,86 F 0, , ,19 F 0, , ,70 F 0, , ,70 G 0, , ,68 F 0, , ,67 F 0, , ,24 G 0,30 4 Tabela 5- Fator utilizado para as áreas de contato Área de contato (mm²) Fator para área de contato 900 A 999 A 1000 a 1099 B 1100 a 1199 C 1200 a 1299 D 1300 a 1399 E 1400 a 1499 F 1500 a 1599 G 1600 A 1699 H 1700 A 1799 I 1800 A 1899 J

8 Na tabela 6, pode-se observar alguns exemplos de corpos-de-prova que foram analisados e digitalizados neste estudo, bem como a união do corpo-de-prova com o substrato, a sua área real de contato e a foto do seu aspecto real. Nesta tabela está exemplificado como foi realizada a análise das área de contato dos corpos-de-prova selecionados. Primeiramente selecionou-se os corpos-de-prova que apresentaram ruptura ao cisalhamento na interface argamassa/subs trato. Em seguida, executou-se a digitaização do corpo-de-prova bem como da área do substrato de onde ele foi retirado. De posse das digitalizações destas duas áreas, através do software Geomagic Studio 10, estas foram unidas, resultando na sua intersecção, ou seja, a área onde elas se encostam (área de contato). CP Tabela 6 - Exemplos da digitalização dos corpos-de-prova analisados Argamassa Área de contato (mm²) Intersecção Área de contato Imagem , , , ,75 Através dos resultados apresentados na tabela 4, foi possível realizar uma análise estatística dos valores obtidos, através do programa Statística 7, para se verificar a influência de cada uma das variáveis. Primeiramente foi analisada a influência da área real de contato das argamassas nos valores de resistência de aderência ao cisalhamento. A tabela 7 e a figura 5 mostram a análise de variância (ANOVA) dos resultados obtidos, mostrando que houve significância estatística, sendo que, como já era esperado, a área de contato influência nos valores de Rc das argamassas estudadas. No entanto, observa-se, através da figura 5, que houve grande dispersão nos resultados, não sendo possível realizar uma melhor correlação entre o comportamento destas variáveis. Este fato pode ser indicativo também de que outras variáveis estão influenciando no comportamento destas.

9 Tabela 7 - ANOVA da influência da área de contato (Ac) nos valores de resistência de aderência ao cisalhamento (Rc) SQ GDL MQ Fcalc Fator p Significativo Ac (fator) 0, , ,0428 0, Sim Erro 0, , SQ: soma quadrática; GDL: graus de liberdade; MQ: média quadrática Fcalc: valor calculado de F 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 Rc real (MPa) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 F I C E A G J H Ac (fator) Figura 5 - ANOVA da influência da área de contato (Ac) nos valores de resistência de aderência ao cisalhamento (Rc) A tabela 8 e a figura 6 mostram a influência das argamassas estudadas sobre os valores de resistência ao cisalhamento obtidos, as quais se mostraram estatisticamente significativas, conforme já era esperado. Tabela 8 - ANOVA da influência da argamassa na resistência de aderência ao cisalhamento (Rc) SQ GDL MQ Fcalc Fator p Significativo Argamassa 1, , ,7573 0, Sim Erro 1, , SQ: soma quadrática; GDL: graus de liberdade; MQ: média quadrática Fcalc: valor calculado de F

10 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 Rc real (MPa) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Argamassa Figura 6 - ANOVA da influência das argamassas com diferentes teores de ar incorporado na resistência de aderência ao cisalhamento (Rc) Por último, verificou-se a influência das argamassas estudadas sobre os valores de área de contato mensurados. Através da ANOVA dos valores (tabela 9), verificou -se que a influência do tipo de argamassa não foi significativa para os valores de área de contat o obtidos. Este foi um resultado inesperado, que pode ser atribuído a variabilidade nos valores de área de contato mensurados, os quais podem ter mascarado a influência destas argamassas. Tabela 9 ANOVA da influência das argamassas sobre a área de contato SQ GDL MQ Fcalc Fator p Significativo Argamassa 39,5 3 13,2 2,64 0, Não Erro 129,5 26 5,0 SQ: soma quadrática; GDL: graus de liberdade; MQ: média quadrática Fcalc: valor calculado de F 4. CONCLUSÕES Ao término do trabalho pode-se concluir que: - o dispositivo desenvolvido mostrou-se adequado para a realização dos ensaios de resistência de aderência ao cisalhamento, apresentando resultados de aderência coerentes; - a técnica para análise da área de contato com a utilização de scanner tridimensional à laser mostrou-se promissora, no entanto precisa ser aprimorada, visando a redução na variabilidade e dispersão de seus resultados, resultantes, provavelmente, do processo de montagem (intersecção) da imagem do corpo-de-prova com o substrato;

11 - quanto às variáveis analisadas, verificou-se que a argamassa e a área de contato apresentaram influência estatisticamente significativa sobre os valores de resistência de aderência ao cisalhamento obtidos. As argamassas, ao contrário do que era esperado, não apresentaram influência sobre os valores de área de contato mensurados, fato que pode estar relacionado com a variabilidade obtida durante sua mensuração. 5. REFERÊNCIAS [1] CARASEK, H. Aderência de argamassas à base de cimento Portland a substratos porosos: avaliação dos fatores intervenientes e contribuição ao estudo do mecanismo de ligação p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. [2] CARASEK, H.; CASCUDO, O.; SCARTEZINI, L. M. Importância dos materiais na aderência dos revestimentos de argamassa. In: Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas, 4, 2001, Brasília. Anais... Brasília: SBTA, [3] GONÇALVES, S.R.C. Variabilidade e fatores de dispersão da resistência de aderência nos revestimentos de argamassa estudo de caso p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade de Brasília, Brasília. [4] ROMERO, J. V. Adherencia al hormigón de morteros de diferentes bases químicas p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Universidade Politécnica de Madrid, Madrid. [5] CANDIA, M. C. Contribuição ao estudo das técnicas de preparo da base no desempenho dos revestimentos de argamassa p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo. [6] DUBAJ, E. Estudo comparativo entre traços de argamassa de revestimento utilizadas em Porto Alegre p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 6. AGRADECIMENTOS As autoras expressam seus agradecimentos a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CAPES, pelo suporte financeiro, ao Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação - NORIE/UFRGS e ao Laboratório de Design e Seleção de Materiais LdSM/UFRGS pela disponibilização de acervo e equipamentos úteis para o desenvolvimento deste trabalho, bem como, por apoiarem estudos e pesquisas desenvolvidas pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGEC/UFRGS.