Palavras-chave: Aditivo incorporador de ar, argamassas de revestimento, módulo de elasticidade e ultra-som. RESUMO 1. INTRODUÇÃO

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1 AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO TEOR DE AR NO MÓDULO DE ELASTICIDADE DE ARGAMASSAS MONTE, Renata (1); SILVA, Anna Carolina M. A. (); FIGUEIREDO, Antonio D. (3) (1) Doutoranda da Escola Politécnica da USP. () Doutoranda da Escola Politécnica da USP. (3) Prof o Doutor Escola Politécnica da USP. antonio.figueiredo@poli.usp.br Palavras-chave: Aditivo incorporador de ar, argamassas de revestimento, módulo de elasticidade e ultra-som. RESUMO Além de aderência o que se deseja de um revestimento de argamassa é que ele tenha certa capacidade de deformar-se elásticamente resistindo sem fissurar ás deformações do substrato, sejam estas de retração ou ainda às de pequena amplitude geradas pela base onde ele está aderido. Isto ocorre por questões estéticas, de segurança (desplacamentos) e de estanqueidade do revestimento, e o conhecimento do módulo de elasticidade da argamassa a ser aplicada é uma propriedade relevante neste aspecto. Neste trabalho, foi realizado um estudo experimental utilizando quatro argamassas dosadas em laboratório com diferentes teores de ar obtidos por meio do uso de um produto incorporador de ar. Foram utilizados um cimento portland CPII-E-3 e uma areia normalizada Brasileira (fornecida pelo IPT) na fração 0,6 mm. A proporção de mistura foi de 1:3 (cimento:areia). O incorporador de ar utilizado foi lauril éter líquido nas proporções 0,015; 0,03 e 0,06 % da massa de cimento. A relação a/c utilizada foi de 0,65. Neste estudo foram avaliados: a densidade de massa no estado fresco da argamassa, o teor de ar, a densidade de massa no estado endurecido, a resistência mecânica e o módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade foi determinado através de duas metodologias: estático e dinâmico por ultra-som. Os resultados mostraram que o módulo de elasticidade é influenciado pela variação do teor de ar das argamassas na mesma proporção que a resistência mecânica. Nos ensaios realizados neste estudo, o método dinâmico de determinação do módulo por ultra-som se mostrou mais interessante, principalmente na confiabilidade dos valores médios, devido à baixa variabilidade dos resultados obtidos. 1. INTRODUÇÃO Além de aderência ao substrato o que se deseja de um revestimento de argamassa é que ele tenha certa capacidade de deformar-se resistindo sem fissurar a deformações, sejam estas de retração ou ainda às de pequena amplitude geradas pela base onde ele está aderido. O módulo de elasticidade do revestimento de argamassa é uma propriedade intimamente ligada com sua capacidade de deformar-se no regime elástico, ou seja, antes de ocorrer a fissuração do revestimento. O ideal seria a determinação direta do módulo de elasticidade do revestimento aplicado, mas como até o momento não há metodologia consolidada para esta determinação, o conhecimento do módulo de elasticidade da argamassa com a qual o revestimento será produzido já oferece, teoricamente, indícios da rigidez do revestimento acabado. No entanto, o conhecimento dos fatores que afetam o módulo de elasticidade das argamassas não está consolidado no meio técnico, tanto no que diz respeito à interferência de fatores intrínsecos (composição, porosidade, etc) e extrínsecos (temperatura, movimentação da base, etc) à argamassa. Da mesma forma não há consenso quanto à metodologia de ensaio mais adequada para a determinação desta propriedade, o que é comprovado pela não existência de normalização brasileira até o momento. O uso de aditivos químicos em argamassas de revestimento, predominantemente as argamassas industrializadas, tem modificado suas propriedades no estado fresco e, conseqüentemente, no estado endurecido. Os aditivos incorporadores de ar, por exemplo, modificam a densidade aparente destas argamassas tanto frescas quanto endurecidas, influenciando em sua reologia e propriedades mecânicas. Assim, também passa a ser objeto de interesse a determinação da influência que estes aditivos exercem sobre o módulo de elasticidade dessas argamassas. Com isso, esse trabalho tem por objetivo avaliar a influência da variação da porosidade de uma argamassa, através da incorporação de microbolhas de ar por aditivo químico, no seu módulo de 1

2 elasticidade. Como objetivo secundário, procurou-se comparar duas metodologias de ensaio de módulo de elasticidade.. MÓDULO DE ELASTICIDADE No regime elástico de um material sólido, o módulo de elasticidade ou módulo de deformação é a relação entre a variação de tensão aplicada e a variação de deformação resultante (MEHTA e MONTEIRO, 1994) (Equação 1). A F resistente (MPa) L L (m / m;mm / mm) E MPa (Equação 1) Uma argamassa flexível, que se deforme bastante com baixos níveis de tensão, deve possuir um baixo módulo de elasticidade. Mesmo em casos em que a argamassa tem elevada porosidade (promovida por aditivos incorporadores de ar), levando a uma maior deformabilidade, as deformações são muito pequenas 10-6 m e a realização de medidas precisas demanda uma série de cuidados, que tornam o ensaio caro e difícil de ser executado com confiabilidade. O uso de strain gages (dispositivo para medida de deformação que é colado na superfície do corpo-de-prova) para medida da deformação de corpos de prova de argamassas tem limitações quanto ao preparo da superfície (polimento) para sua colagem, pois esta superfície é muitas vezes bastante friável. Aliado a isto, poucos são os laboratórios que fornecem ensaios de módulo de elasticidade de argamassas e, praticamente, cada um utiliza um método de ensaio diferente variando-se, inclusive, as dimensões dos corpos-de-prova. Isto leva a uma dificuldade do meio técnico de avaliar comparativamente as argamassas e até mesmo de realizar pesquisas cientificas que estabeleçam parâmetros para este material. A partir do levantamento da curva tensão/deformação de um corpo-de-prova de argamassa obtida através de ensaios mecânicos (compressão, tração na flexão) pode-se calcular o módulo de elasticidade para vários níveis de carregamento, resultando em curvas tangentes ou secantes à curva levantada. Desta forma, as formas mais comumente encontradas em trabalhos científicos para a determinação do módulo de elasticidade de argamassas são: - módulo tangente inicial: é tomada a reta tangente à curva nas proximidades da origem. Segundo a norma de ensaio de módulo de elasticidade para concreto a NBR 85/003 o módulo tangente inicial é calculado pela relação entre a variação de tensão e variação da deformação entre 30% da tensão de ruptura e 0,5 MPa. - módulo tangente a 50%: é o valor obtido se considerarmos como reta característica a tangente à curva no ponto que tem por ordenada o valor de 50% da carga de ruptura do corpo-de-prova. - módulo secante entre 10% e 50%: é o valor obtido considerando-se como reta característica àquela secante à curva nos pontos caracterizados pelas ordenadas equivalentes a 10% e 50% da carga de ruptura pré-estimada no ensaio de compressão. O cálculo foi realizado analiticamente mediante a determinação das deformações específicas equivalentes às cargas de 10% e 50% (obtidas através da própria parábola). O módulo secante entre 10% e 50% foi calculado pelo quociente entre a variação da tensão e a variação da deformação nos intervalos acima definidos. Mais recentemente alguns pesquisadores da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo vêm tomando este valor de módulo como referência para argamassas, em analogia à norma brasileira para ensaio de madeira NBR 7190/1997. Outro método para determinação do módulo de elasticidade estático de argamassas é através de ensaios de tração na flexão conforme apresentado por BASTOS (001). O módulo de elasticidade também pode ser obtido através de métodos dinâmicos, onde o corpo-deprova é submetido a uma oscilação ou vibração seja por ondas vibratórias (determinação da freqüência de ressonância) ou ultrassônicas (determinação da velocidade de propagação de ondas ultrassônicas).

3 A propagação de ondas vibratórias ou do som é realizada através de pequenas deformações localizadas que se propagam. A física clássica relaciona a velocidade do som com o módulo de elasticidade volumétrico e a densidade do material. Assim, a velocidade de propagação das ondas sonoras pode ser relacionada com o módulo de elasticidade do material através da equação (BS 1881 parte 03, 1986): E Onde: E = módulo de elasticidade dinâmico (MPa) = velocidade de propagação da onda ultrassônica (km/s) = densidade de massa aparente (kg/m 3 ) = coeficiente de Poisson (estimado neste estudo como 0,) Equação A determinação do módulo de elasticidade dinâmico de argamassas através da freqüência de ressonância não é objeto de estudo deste trabalho, mas cabe citar que existe normalização francesa para esta determinação e esta será contemplada em trabalhos futuros do grupo. 3. PROGRAMA EXPERIMENTAL 3.1.Materiais Utilizados Para esse estudo foram utilizados um cimento Portland CPII-E-3 e uma areia normal brasileira (produzida pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo) de 0,6 mm de diâmetro médio. Para a incorporação de ar foi utilizado Lauril Éter Líquido composto encontrado na maioria dos aditivos incorporadores de ar do mercado. 3..Proporção de mistura das argamassas As argamassas utilizadas neste estudo seguiram a proporção 1:3 (cimento:areia), em massa seca. Esta proporção, apesar de muito forte para revestimentos de argamassa, foi escolhida para este estudo, pois a incorporação de elevados teores de ar reduz a resistência mecânica da argamassa e caso o traço de partida tomado como referência fosse fraco seriam obtidas argamassas ainda mais fracas quando o ar fosse incorporado. Foi produzida uma argamassa de referência sem incorporador de ar e três argamassas com incorporador de ar. A relação água/cimento da mistura foi de 0,65, adotado a partir de um índice de consistência padrão (55 10) mm (NBR1376/005) para a argamassa de referência e repetido para as argamassas aditivadas. Os teores de incorporador de ar utilizados foram 0,015, 0,03 e 0,06% da massa de cimento, valores estes sugeridos pelo fabricante para obter incorporação de ar de 10 a 5% teores estes facilmente encontrados em argamassas de revestimento do mercado. Devido ao fato dos incorporadores de ar serem utilizados em pequena proporção na mistura, os mesmos foram diluídos na água de amassamento. 3.3.Preparo das argamassas Tendo em vista que a incorporação de ar se dá através da mistura homogênea dos componentes da argamassa e do incorporador de ar, um cuidado especial com a uniformização do procedimento e do tempo de mistura foi tomado neste estudo. Inicialmente, foram adicionados os materiais secos na argamassadeira e parte da água (sem aditivo) adicionada aos poucos durante 30 segundos. A argamassa de referência recebia o restante da água e era misturada por mais um minuto. As argamassas aditivadas recebiam, por sua vez, a parte restante da água com o respectivo teor de incorporador diluído na mesma, sendo também misturada por um minuto. 3

4 3.4.Moldagem dos corpos de prova Para cada argamassa foram produzidos seis corpos-de-prova de dimensões 4 x 4 x 16 (cm) conforme previsto pela nova norma brasileira de determinação da resistência mecânica de argamassas para revestimento NBR 1379 (005). No entanto, na referida norma é também prevista uma moldagem mecânica, a qual não foi aplicada neste estudo devido à não conformidade da massa de queda do equipamento disponível no laboratório. Contudo, foram realizados adensamentos manuais com soquete padrão em duas camadas, sendo 5 golpes em cada camada. Apesar de suas limitações, este procedimento não gerou defeitos nos corpos de prova moldados. O acondicionamento dos corpos de prova foi em ambiente de laboratório conforme indicado na NBR 1379 (005). 3.5.Métodos de ensaio Índice de consistência Determinado segundo a norma NBR 1376/005 O índice de consistência é determinado pela média do diâmetro de espalhamento de uma amostra tronco-cônica de argamassa fresca colocada sobre uma mesa e submetida a quedas sucessivas que a deformam. Densidade de massa aparente no estado fresco e teor de ar - Determinada segundo a norma NBR 1378/005 A densidade de massa aparente no estado fresco é determinada dividindo-se a massa de argamassa fresca moldada em um recipiente metálico pelo volume do recipiente. O teor de ar é calculado a partir desta densidade de massa aparente no estado fresco e os valores de densidade de massa específica dos materiais que constituem a argamassa. Densidade de massa aparente no estado endurecido - Determinada segundo a norma NBR 1380/005 A densidade de massa aparente no estado endurecido é determinada medindo-se a massa do corpo-deprova e suas dimensões, com auxílio de um paquímetro, para determinação do volume aparente. Calcula-se a densidade dividindo-se a massa pelo volume. Resistência à tração na flexão e resistência à compressão - Determinada segundo a norma NBR 1379/005 A ruptura à tração na flexão dos corpos de prova prismáticos 4 x 4 x 16 (cm) resulta em duas metades de aproximadamente 4 x 4 x 8 (cm). Uma destas metades é colocada em um dispositivo que limita a área em 4 x 4 (cm) e é determinada a carga de ruptura à compressão. Módulo de elasticidade estático O módulo de elasticidade estático foi determinado à compressão utilizando uma prensa EMIC DL para aplicação da carga e medida da deformação do corpo-de-prova através de um par de transdutores de descolamento que são acoplados na prensa e no corpo-de-prova, transmitindo diretamente para o computador os valores de deformação. No ensaio foi utilizada a segunda metade do corpo-de-prova submetido à tração na flexão posicionado no dispositivo que limita a área de ensaio em 4 x 4 (cm). Os transdutores de deslocamento foram posicionados no centro das faces laterais do corpode-prova em lados opostos com um auxílio de um anel de borracha, conforme apresentado nas Figuras 1a e 1b. À distância de referência, para calculo da deformação específica, foi de 0 mm. 4

5 Figura 1 a) Posicionamento dos dois transdutores em lados opostos do corpo-de-prova; b) Acoplamento dos transdutores no corpo-de-prova com anel de borracha. Foram aplicados sucessivos carregamentos que variaram de 10% a 80% da carga de ruptura da argamassa, a cada 10% da mesma. Para cada variação de carga foi interrompido o carregamento por um patamar com a estabilização da carga por um minuto. Para cada carregamento foi medida a deformação do corpo-de-prova através dos dois transdutores e o programa da prensa já apresentava o valor médio. Este valor médio de deformação foi dividido pela distância de referência resultando em uma deformação específica. As cargas aplicadas divididas pela seção ensaiada (4 x 4) resultava na tensão aplicada. Os pares de tensão e deformação específica resultaram em uma curva que representa o comportamento do material (Figura ). Figura Exemplos de curvas de tensão por deformação específica. A partir da derivação da equação de cada curva pode ser substituído o valor x pela deformação específica para o nível de tensão desejada e obtém-se o módulo de elasticidade estático do corpo-deprova. Para exemplificar o procedimento, a equação 3 apresenta os valores obtidos para o ensaio a do corpo-de-prova 1. 5

6 y X dy dx 4746, X X 4746, Equação 3 Como as resistências mecânicas das argamassas não são iguais, se fossem adotadas as deformações específicas relativas a um determinado percentual da carga de ruptura das mesmas (como prescrito na NBR 85) estas não seriam avaliadas segundo um mesmo nível de deformação. Para contornar esta situação, os valores de deformação foram substituídos nas equações (em todos os casos) por 0,00005mm/mm. Para exemplificação, o módulo de elasticidade estático do corpo-de-prova da Equação 3 é 4647 MPa. Módulo de elasticidade dinâmico (Ultra-som) O equipamento de ultra-som PUNDIT, comumente utilizado na avaliação de estruturas de concreto e, por conseqüência, muito utilizado por laboratórios de controle tecnológico foi utilizado nesta pesquisa para medir o tempo que uma onda ultrassonica leva para atravessar um corpo-de-prova de argamassa. Inicialmente o equipamento foi calibrado utilizando uma barra padrão pela qual existe um tempo padrão para a onda atravessar. Os transdutores foram colocados nessa barra padrão e o tempo indicado no painel digital foi ajustado para o tempo padrão indicado na barra. Após a calibração do equipamento, os corpos-de-prova foram submetidos a uma inspeção visual para determinar a superfície mais adequada para o posicionamento do transdutor. Esta superfície deve ser plana e isenta de grãos soltos que podem prejudicar o correto posicionamento dos transdutores. Quando necessário, a superfície foi regularizada com espátula ou lixa e limpa em seguida. Após a preparação da superfície, foi aplicada uma fina camada de fluido de contato (vaselina em pasta), que fornece um contato mais eficiente entre a superfície do corpo-de-prova e os transdutores (figura 3a). Feito isto, os transdutores foram posicionados nas superfícies do corpo-de-prova com leitura simultânea do tempo para a onda atravessar o corpo-de-prova, indicado no painel digital do equipamento (Figura 3b). Figura 3 - a) Aplicação do acoplante (vaselina em pasta) na superfície do corpo-de-prova; b) Ensaio de ultra-som em andamento. Após a determinação deste tempo para cada corpo-de-prova foi calculada a velocidade de propagação da onda dividindo-se à distância entre os transdutores (comprimento do corpo-de-prova) pelo tempo lido. A partir dos valores da velocidade de propagação de onda ultrassônica e da densidade de massa aparente no estado endurecido, que foram determinadas anteriormente, calculou-se o módulo de elasticidade dinâmico através da Equação. 6

7 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES As Tabelas 1a e 1b, apresentam os resultados de densidade de massa aparente e teor de ar incorporado das argamassas estudadas. O teor de ar incorporado das misturas foi calculado a partir dos valores de densidade de massa no estado fresco e densidade de massa específica dos materiais. Tabela 1 a) resultados de densidade de massa aparente no estado fresco; b) resultados de teor de ar no estado fresco. Densidade estado fresco Identificação Identificação Teor de Ar (%) (Kg/m 3 ) Sem aditivo 1 sem aditivo 00 0,13 lauril 16,5 0, , ,6 lauril, 0, ,5 lauril 3 Observando os resultados obtidos com as argamassas estudadas, verifica-se que o estudo conseguiu abranger teores de ar bastante distintos chegando quase a dobrá-lo em relação à argamassa de referência permitindo avaliar a influência desta mudança no módulo elástico das argamassas. A Figura 4 apresenta a correlação entre a resistência à flexão e a resistência à compressão das argamassas estudadas. Observa-se uma forte correlação entre as duas propriedades, o que fica demonstrado pelo coeficiente de correlação linear obtido de 0,99. O comportamento do material foi bem uniforme, o que demonstra a interdependência das duas propriedades. Resistência à Compressão (MPa) y = 5,5345x - 5,3151 R = 0,99 0 1,5 1,7 1,9,1,3,5,7 Resistência à Tração na flexão (MPa) Figura 4 Correlação entre à resistência à tração na flexão e a resistência à compressão. A Figura 5 apresenta a correlação entre os valores de módulo de elasticidade dinâmico e a resistência à compressão das argamassas. 7

8 y = 0,0006x R = 0,96 Compressão (MPa) Modulo Dinâmico (MPa) Figura 5 - Correlação entre o módulo de elasticidade dinâmico e a resistência à compressão. Analisando a Figura 5 verifica-se uma perfeita aderência da correlação linear entre os módulos elásticos das argamassas determinados pelo método dinâmico e a resistência mecânica das mesmas. Isto é comprovado pelo coeficiente de correlação obtido, que foi de 0,96. Assim, pode-se concluir que os valores do módulo de elasticidade obtidos pelo método dinâmico são bem confiáveis, dado que guardam perfeita aderência aos valores de resistência à compressão que são tradicionalmente determinados com maior facilidade experimental. Além disso, foi possível verificar que ambas as propriedades foram proporcionalmente afetadas pelo teor de ar incorporado nas argamassas, como era esperado. A Figura 6 apresenta a correlação entre os valores de módulo de elasticidade estático e a resistência à compressão das argamassas. 8

9 Resistência à compressão (MPa) y = 0,0006x +,1313 R = 0, Módulo estático 0,00005 mm/mm (MPa) Figura 6 - Correlação entre o módulo de elasticidade estático e a resistência à compressão. Ao contrário do método dinâmico para determinação do módulo de elasticidade, o método estático não apresentou boa correlação linear com a resistência á compressão das argamassas. O coeficiente de correlação obtido foi de apenas 0,65. Esta maior dificuldade de explicação do fenômeno pelo modelo linear pode ser explicado, principalmente, pela elevada variabilidade dos resultados de módulo de elasticidade obtidos pelo método estático, cujo coeficiente de variação mínimo foi de 0% chegando a até 35% para uma argamassa. Isto não ocorreu para o módulo de elasticidade dinâmico cujo coeficiente de variação foi de no máximo 11%. A Figura 7 apresenta a correlação entre o módulo de elasticidade dinâmico e o teor de ar das argamassas estudadas. 5 Teor de ar (%) y = -497,7x R = 0, Módulo dinâmico (MPa) Figura 7 - Correlação entre o módulo de elasticidade dinâmico e o teor de ar. 9

10 A Figura 7 mostra uma relação linear entre os módulos elásticos das argamassas determinados pelo método dinâmico e o teor de ar das argamassas com coeficiente de correlação obtido de 0,93. Observase uma tendência de aumento linear do módulo de elasticidade das argamassas com a redução, apenas, do teor de ar das argamassas. Isto está de acordo com o esperado, pois quanto maior for a porosidade de um material, maior será a dificuldade de propagação do pulso ultrassônico e menor será a sua rigidez. 5. CONCLUSÕES Através da análise dos resultados obtidos neste estudo experimental foi possível confirmar que o módulo de elasticidade das argamassas é reduzido com o aumento do teor de ar incorporado a uma matriz de argamassa, por permitir maior capacidade de acomodação das deformações, reduzindo o risco de aparecimento de fissuras em um revestimento que seja executado com a mesma. A utilização do ultra-som para a determinação do módulo de elasticidade dinâmico das argamassas mostrou-se mais eficaz que o método tradicional de determinação do módulo estático. O método dinâmico apresentou menor variabilidade e seus resultados muito mais aderidos à resistência mecânica das argamassas, mostrando-se muito menos susceptível aos erros inerentes à determinação das deformações que ocorrem no método estático. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Execução de revestimento de paredes e tetos de argamassas inorgânicas Procedimento. NBR Rio de Janeiro Associação Brasileira de Normas Técnicas. Concreto - Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão-deformação. NBR 85. Rio de Janeiro British Standard Association. Recommendations for measurement of velocity of ultrasonic pulses in concrete. BS 1881 part BASTOS, P. K. X. Retração e desenvolvimento de propriedades mecânicas de argamassas mistas de revestimento. São Paulo, 001, 17p. Tese (Doutorado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 5. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo, Pini,