caldas, argamassas e betões

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1 8_ 2 caldas, argamassas e betões caldas de cimento. aplicações, composição e caracterização Carlos António Marques Lemos, DEC ISEC IPC, Coimbra, clemos@isec.pt João Paulo Veludo Vieira Pereira, DEC ESTG IPLeiria, Leiria, joao.veludo@ipleiria.pt Jorge da Fonseca Lourenço, DEC ISEC IPC, Coimbra Eduardo Nuno Brito Santos Júlio, ICIST & DECivil IST UTL, Lisboa, ejulio@civil.ist.utl.pt REGULAMENTAÇÃO SOBRE CALDAS Durante muito tempo, em Portugal, a regulamentação existente foi o RBLH Regulamento de Betões de Ligantes Hidráulicos (RBLH, Dec. 4/ de 2/9/) e o REBAP Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP, Dec. Lei 49-C/8 de 98), sendo que esta regulamentação apresenta poucas indicações sobre caldas, nomeadamente no que diz respeito às suas características. Atualmente, a regulamentação nacional sobre caldas é muito mais vasta e muito mais pormenorizada não apenas em relação aos constituintes, qualidade e conformidade, como também em relação às suas características, ensaios necessários para a sua caracterização e controlo de qualidade. No trabalho realizado pretendeu-se desenvolver um estudo experimental focado nas caldas > de cimento com o intuito de conhecer melhor o tipo de composições que estas podem ter, as suas propriedades e caracterizar diferentes parâmetros das mesmas. Este trabalho, numa primeira fase, teve como grande objetivo estudar qual a melhor composição para as caldas de selagem de micro-estacas em fundações de betão armado existentes. Foi realizado um estudo comparativo com o objetivo de estudar qual a melhor composição para a calda e definir a composição final. Neste estudo comparativo foram realizadas várias amassaduras e estudadas as suas características. Seguidamente realizaram-se duas amassaduras para caracterizar as propriedades e avaliar o desempenho da calda com a composição escolhida. O estudo da composição das caldas de cimento foi efetuado segundo a metodologia de formulação proposta pelo Professor Jorge da Fonseca Lourenço (Lourenço, 2005). Enquanto Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra e consultor técnico de várias empresas nacionais e multinacionais na área da formulação e controlo de caldas, argamassas e betões, o Professor Jorge Lourenço desenvolveu e aperfeiçoou um método de formulação para estes produtos. Este método baseia-se na expressão dos volumes absolutos, que deriva da expressão fundamental da composição de betões. PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS CALDAS As propriedades que se consideraram mais relevantes no seu desempenho foram a fluidez, a exsudação, a variação de volume, a resistência à compressão e o módulo de elasticidade. Nas caldas preparadas foram utilizados os seguintes materiais: água corrente; cimento Portland CEM I 42,5R da SECIL; adjuvantes redutores de água, Sika ViscoCrete 000, Sika ViscoCrete 20 HE, Sika ViscoCrete 006, Sikament 6 e um adjuvante introdutor de ar (adjuvante expansivo), Sika Addiment EH. A Figura apresenta alguns dos procedimentos da preparação das caldas. > Figura : Pesagem dos constituintes, amassadura e enchimento dos moldes. 8 CONSTRUÇÃO MAGAZINE 60 MARÇO/ABRIL 204

2 A caracterização das caldas no estado fresco consistiu: na determinação da fluidez pelo método do cone (cone de Marsh), de acordo com a norma portuguesa NP EN 445 (2000); na determinação da exsudação, segundo a norma portuguesa NP EN 445 (2000); na determinação da variação de volume pelo método da proveta cilíndrica, descrito na norma portuguesa NP EN 445 (2000); na determinação da massa volúmica; e na determinação do teor de ar através de um aerómetro de litro, aparelho que se encontra diretamente graduado em percentagem de ar. No estado endurecido, a caracterização das caldas consistiu na determinação da resistência à flexão e à compressão, ensaios realizados de acordo com as normas portuguesas NP EN 96- (2006), NP EN 445 (2000) e NP EN 44 (2000) e do módulo de elasticidade, determinado segundo a especificação do LNEC E Interessa referir que as normas NP EN 445 (2000) e NP EN 44 (2000) utilizadas neste trabalho foram substituídas pelas normas NP EN 445 (2008) e NP EN 44 (2008). Nesta atualização foram alterados, principalmente, os tipos de ensaios e os valores definidos, quer para a exsudação, quer para a variação de volume. ESTUDO COMPARATIVO E ANÁLISE DOS RESULTADOS As amassaduras realizadas neste estudo comparativo foram a base para uma decisão fundamentada na escolha e dosagem dos constituintes da calda. Nas várias composições de caldas escolhidas foram utilizados diferentes constituintes e diferentes razões Água/Cimento (A/C). Na Tabela é apresentado um resumo das composições das amassaduras realizadas. Para todas as amassaduras foram realizados ensaios que permitiram caracterizar as propriedades consideradas relevantes. Os resultados apresentam-se na Tabela 2. Depois de analisados todos os resultados obtidos nos ensaios realizados para as 6 caldas em estudo concluiu-se que: as caldas que na sua composição incluem adjuvantes apresentam tempos de escoamento muito abaixo do limite, 25 segundos, de acordo com a norma NP EN 44 (2000), uma exsudação também muito abaixo do limite máximo de 2%, definido pela mesma norma e uma variação de volume nula. As caldas com uma relação (A+adj)/C abaixo do limite de 0,44, imposto pela norma portuguesa NP EN 44 (2000), apresentam, tanto para a fluidez como para a exsudação, melhores resultados do que as restantes caldas. Estas caldas também apresentam uma resistência à flexão superior. Da análise global pode afirmar-se que a associação dos adjuvantes ViscoCrete 20HE e Addiment EH apresenta, na globalidade, melhores resultados do que as demais associações. Dentro das caldas confecionadas com água, cimento e os adjuvantes ViscoCrete 20HE e Addiment EH pode observar-se que uma diminuição da relação (A+adj)/C aliada a um aumento da percentagem dos adjuvantes utilizados, dentro das recomendações do fabricante, leva a um melhor comportamento global das caldas. Estas alterações nas dosagens levaram a uma diminuição do tempo de escoamento e consequentemente uma melhoria na fluidez da calda e a uma mais baixa percentagem de exsudação. Na resistência à flexão as alterações atrás referidas não provocaram variações relevantes nos resultados, sendo que na resistência à compressão denotou-se uma ligeira diminuição da mesma. Atendendo a todas as conclusões retiradas, e tendo em conta o objetivo final deste estudo comparativo, concluiu-se que a calda que > Tabela : Composição das caldas do estudo comparativo. Calda Cimento Água Adjuvante Adjuvante 2 Tipo (kg/m ) (kg/m ) Tipo % C (kg/m ) Tipo % C (kg/m ) A/C (A+adj)/C CEM I 42,5 R 4, 62, 0,00 0,0 0,00 0,0 0,550 0,550 2 CEM I 42,5 R 2, 605,5 0,00 0,0 0,00 0,0 0,500 0,500 CEM I 42,5 R 262,9 568, ViscoCrete 000 0,5 9,5 Addiment EH 0,5 9,5 0,450 0,458 4 CEM I 42,5 R 00,6 552, 0,00 0,0 Addiment EH,50 9,5 0,425 0,425 5 CEM I 42,5 R 220,4 59,9 0,00 0,0 Addiment EH,50 8, 0,45 0,45 6 CEM I 42,5 R 50,0 5,0 ViscoCrete 006,00,5 Addiment EH 0,50 6,8 0,0 0,40 CEM I 42,5 R 26,8 568, Viscocrete 006,00 2,6 Addiment EH 0,50 6, 0,450 0,460 8 CEM I 42,5 R 26,2 54, Sikament 6,00 2,8 0,00 0,0 0,450 0,460 9 CEM I 42,5 R 4, 56,4 Sikament 6,00,4 Addiment EH,00,4 0,0 0,40 0 CEM I 42,5 R 0,8 555,8 Sikament 6,00, Addiment EH 0,50 6,5 0,425 0,45 CEM I 42,5 R 299, 552,4 ViscoCrete 20 HE,00,0 Addiment EH 0,50 6,5 0,425 0,45 2 CEM I 42,5 R,2 54,9 Viscocrete 20 HE,00,4 Addiment EH 0,50 6, 0,0 0,40 CEM I 42,5 R 42,5 5,0 ViscoCrete 20 HE 0,5 0, Addiment EH 0,5 0, 0,0 0,8 4 CEM I 42,5 R 29, 549,0 ViscoCrete 20 HE 0,5 9, Addiment EH 0,5 9, 0,425 0,4 5 CEM I 42,5 R 290,2 548,4 ViscoCrete 20 HE 0,50 6,5 Addiment EH,00 2,9 0,425 0,40 6 CEM I 42,5 R 25,9 50, ViscoCrete 20 HE,00, Addiment EH,00, 0,0 0,40 A Massa de água; C Massa de cimento; adj. Volume de adjuvante. MARÇO/ABRIL 204 CONSTRUÇÃO MAGAZINE 60 9

3 > Tabela 2: Composição das caldas do estudo comparativo. Calda (A+adj)/C Fluidez (s) Exsudação Var. Volume R. Flexão R. Compressão 0,550 9,0, -2,50 4, 8,5 2 0,500 2,0,45-2,50 6,95 44,88 0,458 0,5, 0,00 5,0 56,98 4 0,425 20,0 0,6 0,00,48 45,8 5 0,45,5 0,8 0,00,,42 6 0,40 20,0 0,6 0,00,52 5,8 0,460,5 0,96 0,00,6 44,42 8 0,460 0,5 0,88-2,50 6,84 49, 9 0,40 2,0 0,6 0,00 5,4 52,2 0 0,45,0 0,68 0,00 6,88 52,8 0,45,0 0,2 0,00,02 58,5 2 0,40,0 0,82 0,00 4, 58, 0,8 2,0 0,45 0,00 4,20 58,6 4 0,4 0,5 0,5 0,00 2,6 54,98 5 0,40,0 0,56 0,00 5,2 52,28 6 0,40,0 0,45 0,00 4,9 46,02 A Massa de água; adj. Volume de adjuvante; C Massa de cimento; Var. Volume Variação de volume da calda; R. Flexão Resistência à flexão da calda; R. Compressão Resistência à compressão da calda. melhor comportamento apresenta, para o fim a que esta se propõe, é a calda 6. Os resultados dos ensaios aqui apresentados foram realizados de acordo com as normas NP EN 445 (2000) e NP EN 44 (2000). A alteração destas normas em 2008 veio estabelecer novos ensaios para a exsudação e variação de volume com limites inferiores para a exsudação (0,%). ESTUDO FINAL E ANÁLISE DOS RESULTADOS Depois de realizado o estudo comparativo e definida a composição da calda, o trabalho experimental prosseguiu com a realização de novos ensaios para uma melhor caracterização da calda e avaliação das suas propriedades mecânicas. Foram efetuados ensaios de determinação da resistência à compressão em provetes de 0x0x0 cm e ensaios de determinação da resistência à flexão e à compressão em provetes de xx60 mm, segundo a norma NP EN 96- (2006). Os resultados obtidos são apresentados nas tabelas e 4. O teste outliers é realizado para cada resultado > Tabela : Resistências à compressão em provetes 0x0x0 cm. Dimensão (mm) Peso (kg) Fc , 296, 29, ,0 285,0 28, ,5 82,5 8, ,8 65,5 6, , 42, 42, ,6 422,4 42, , 44, 44, , 446,6 44, ,6 59, 5, ,2 502,9 50, ,5 54,0 54, ,4 548,8 54, ,9 54,0 54, ,4 595, 59,5,m Sd CV 29,0 0,80 2,,,20,2 42,28 0,05 0, 44,69 0,04 0, 5,0,5 2,2 54,49 0,55,0 5,2,42 6,0 Fc Força máxima de rotura à compressão; Resistência de rotura à compressão;,m Resistência média de rotura à compressão; Sd Desvio padrão; CV Coeficiente de variação. 0 CONSTRUÇÃO MAGAZINE 60 MARÇO/ABRIL 204

4 obtido nos ensaios à compressão com o objetivo de verificar se algum dos valores obtidos varia mais de que ±0% da média dos valores obtidos nas seis determinações. Quando a variação é superior esse valor elimina-se e calcula-se a média com os restantes cinco valores. Se novamente uma das cinco determinações variar mais de que ±0% da média, elimina-se toda a série de resultados. Este critério de conformidade está definido na norma NP EN 96- (2006). Nos resultados obtidos, os valores realçados foram eliminados por ultrapassarem a variação permitida. Também é indicado nas tabelas o desvio padrão, Sd, dos resultados de cada dia de ensaio e o respetivo coeficiente de variação, CV, valores dentro do permitido. A resistência mínima à compressão de MPa aos dias para provetes 0x0x0 cm imposta pelo REBAP (98) e de 0 MPa aos 28 dias para provetes xx60 mm, imposta pela norma NP EN 44 (2000), foram largamente ultrapassadas. Em ambos a resistência à compressão apresenta uma evolução exponencial com a idade. > Tabela 4: Resistências à flexão e à compressão em provetes xx60 mm Dimensão (mm) Peso (kg) F f R f R f,m Fc Teste Outliers 25,42 5,89,9 492,6,9 4,52 26,4 6,46 2,9 25,50 5,94 0,8 495,4 2,04 4,8 4,64 26,8 6,6, 26,9 6,49 2,59 49,2,9 4,62 24,52 5, 4,68 6, 8,2,6 502,4, 4,5 62,0 8,9 5,04 6,05 9,4 6,0 505, 2, 5,46 4,54 50,62,64 4, 54,4 4,02,89 50,9, 4,0 54,59 4,2,62 6,9 9,94,4 508,0 4,0 9,45 64,4,09,8 505,9,88 9,09 9, 62,28 8,9 4,24 66,24 4,,85 68,6 42,89 5,52 506,4,5 8,9,52 48,45 9,9,88 44,9 6,64 52,,56 8,4 5,2 4,02 2,29 9,6 49,9,48 54,8,6 8,8 8,45 8, 5, 6,20 6,00 4,50,29 50,4,50 8,20,4 48,8 0,54 8, 48,98 0,4 50,9 2,90 6,80 8,90 49,,5 6,94 48,09,6 508,4,25,62,56,06 48,6,2 8,24 48,90 0, 508,6,5 8,2 8,50 49,06 0,64 92,25 5,66,29 50,5,08,22 82,5 5,6,55 90,05 56,28 0,82 5,9,,90,4 9,28 58,0 4,44 5,4 2,95 6,9 88, 55,25,02 89, 55,8 0,02,m Sd CV 6,08 0,45 2,82 6,9 2,64,5,65,5, 48,2 2, 4,5 48,5 0,50,04 55,82 2,6 4.2 F f Força máxima de rotura à flexão; R f Resistência de rotura à flexão; R f,m Resistência média de rotura à flexão; Fc Força máxima de rotura à compressão; Resistência de rotura à compressão;,m Resistência média de rotura à compressão; Sd Desvio padrão; CV Coeficiente de variação. MARÇO/ABRIL 204 CONSTRUÇÃO MAGAZINE 60

5 > Tabela 5: Resultados do módulo de elasticidade estático. σ b σ a ε b (mm/mm) ε a (mm/mm) Ec (kpa) Ec,m (Gpa) 0,95 5,50 0, ,000650,9 2 6,08 0,95 5,50 0, , ,89,8 0,95 5,50 0, , ,28 4,250 2,0625 0, , ,59 5 6,9,250 2,0625 0, , ,00 2,0 6,250 2,0625 0,0002 0, ,86,250 4,0000 0,0005 0, ,00 8,65,250 4,0000 0, , ,0 4,26 9,250 4,0000 0, , ,26 0,250 6,250 0, , ,4 4 48,2,250 6,250 0, , ,58 4,65 2,250 6,250 0,0005 0, ,4,250 6,2500 0,0005 0, , ,5,250 6,2500 0, , , 4,59 5,250 6,2500 0,0006 0, ,56 6,250 8,685 0, , , ,82,250 8,685 0, , ,,45 8,250 8,685 0,0002 0, ,5 Resistência de rotura à compressão; σ b Tensão inicial; σ a Tensão máxima aplicada; ε b Extensão para a tensão σ b medida no enésimo ciclo de carga; ε a Extensão para a tensão σ a medida no enésimo ciclo de carga; Ec módulo de elasticidade estático em compressão; Ec,m módulo de elasticidade estático médio em compressão. Neste estudo foi determinado o módulo de elasticidade em compressão em provetes xx60 mm, com base na especificação do LNEC E Os valores do módulo de elasticidade estático, Ec, encontram-se na Tabela 5. CONCLUSÕES O estudo experimental aqui descrito permitiu extrair algumas conclusões: a relação água/cimento assume um papel preponderante na exsudação e na resistência das caldas, sendo que uma relação água/cimento mais baixa leva a valores de exsudação inferiores e a resistências à compressão mais elevadas; os adjuvantes são indispensáveis na composição das caldas, melhorando o seu desempenho; a utilização de adjuvantes superplastificantes permite reduzir a relação água/ cimento, com boa fluidez; a inclusão de um adjuvante expansor e retentor de água na composição das caldas permite controlar a variação de volume; para a selagem de micro-estacas em fundações existentes devem ser utilizadas caldas de cimento com uma relação água/cimento inferior a 0,4 com elevadas resistências à compressão e um elevado módulo de elasticidade. As caldas de selagem têm um papel fundamental nas ligações aço/calda/material de suporte, sendo responsáveis pela transferência de carga e proteção das armaduras. O seu desempenho e a avaliação das suas características mecânicas são fundamentais para a sua aplicação. AGRADECIMENTO Os autores querem expressar o seu profundo agradecimento ao Professor Jorge da Fonseca Lourenço por todo o saber transmitido na área da formulação de caldas de cimento, por todo o tempo disponibilizado e entusiasmo sempre demonstrado. REFERÊNCIAS Cordeiro, N. G., Almeida, M. (2004). Técnicas de melhoramento de solos - Parte, Injecções e vibrocompactação. Construlink Press, Nº 2. Coutinho, J. S. (2002). Materiais de construção 2, ª Parte Ligantes e Caldas. FEUP. EN 499 (2005): Execution of special geotechnical works- Micropiles, European Committee for Standardization (CEN). Lourenço, J. (2005): O ensino das argamassas nas escolas de engenharia civil. APFAC, º Congresso das Argamassas de Construção, Lisboa. LNEC E 9 99: Betões. Determinação do módulo de elasticidade em compressão. Miranda, M. C., Martins, J. G. (2006). Fundações e contenção lateral de solos Execução de estacas. NP EN 96- (2006): Métodos de ensaio de cimentos. Parte : Determinação das resistências mecânicas. NP EN 445 (2000): Caldas de injecção para armaduras de pré-esforço Métodos de ensaio. NP EN 445 (2008): Caldas de injecção para armaduras de pré-esforço. Métodos de ensaio. NP EN 44 (2000): Caldas de injecção para armaduras de pré-esforço Especificações para as caldas de injecção correntes. NP EN 44 (2008): Caldas de injecção para armaduras de pré-esforço. Requisitos básicos. Pérez More, J. Z. (200). Análise numérica do comportamento de cortinas atirantadas em solos. Dissertação de Mestrado apresentada à Pontifícia Univ. Católica do Rio de Janeiro. REBAP (98): Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado. Roque, J. C. A., Lourenço, P.B. (200). Técnicas de intervenção estrutural em paredes antigas de alvenaria. Construção Magazine,, p Veludo, J. (20). Reforço de Fundações com Microestacas. Ligação aço/calda/betão, tese de Doutoramento, FCTUC, Coimbra, 20, p.. 2 CONSTRUÇÃO MAGAZINE 60 MARÇO/ABRIL 204