Resumo. Palavras-chave: Módulo de elasticidade, resistência à compressão, provetes reduzidos.
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- Carla Bennert Azenha
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1 AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO ATRAVÉS DO MÓDULO DE ELASTICIDADE DINÂMICO Ensaios em provetes de dimensões reduzidas Alexandra Silva 1 alexandra.cvmsilva@gmail.com Inês Flores-Colen 1 ines.flores.colen@ist.utl.pt António Soares 1 ortiz.soares@gmail.com Jorge de Brito 1 jb@civil.ist.utl.pt Resumo As argamassas de revestimento (rebocos) necessitam de responder a certas características mecânicas de desempenho em serviço, tais como a resistência interna ou coesiva, a capacidade de deformação e a aderência ao suporte. A resistência à compressão de argamassas de revestimento é considerada como uma propriedade fundamental na maioria das normas, sendo uma das características determinadas com maior frequência em laboratório. Também o módulo de elasticidade é uma propriedade importante nas argamassas de revestimento, devendo apresentar um valor baixo para menor propensão para a fendilhação. No entanto, devido às dimensões dos provetes usualmente utilizados para realizar ensaios laboratoriais, torna-se difícil avaliar estas propriedades em amostras de argamassas de revestimento recolhidas in-situ, que apresentam normalmente dimensões reduzidas e não normalizadas. Assim, como uma primeira abordagem ao ensaio do módulo de elasticidade em provetes com dimensões inferiores às de provetes normalizados, o presente trabalho explora a possibilidade de avaliar características mecânicas de argamassas através do ensaio do módulo de elasticidade dinâmico em provetes de dimensão reduzida, mas com a mesma relação entre dimensões laterais, comparando-se com os valores de módulo de elasticidade dinâmico e a resistência à compressão obtidos em provetes de dimensões normalizadas. Palavras-chave: Módulo de elasticidade, resistência à compressão, provetes reduzidos. 1 Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Av. Rovisco Pais, Lisboa
2 1 Introdução A qualidade e durabilidade de um revestimento de argamassa estão directamente ligadas à sua elasticidade. Esta é a capacidade de deformação que as argamassas apresentam sem ocorrer ruptura, o que permite também o retorno às dimensões iniciais quando cessam as solicitações impostas. A manifestação de fissuras num revestimento de argamassa resulta da combinação inadequada da elasticidade e da resistência à tracção e podem ser causadas por fenómenos diversos como a retracção de secagem, retracção térmica ou ainda acções eternas ao revestimento. Deste modo, o módulo de elasticidade está relacionado com comportamento elástico do revestimento e fornece informações acerca da deformabilidade e da rigidez. Esta propriedade mecânica é uma variável importante, pois está ligada aos fenómenos patológicos dos revestimentos de argamassa, em especial as fissuras, e pode servir para monitorizar o desempenho quanto às resistências mecânicas [1]. O conhecimento do módulo de elasticidade também é importante no que diz respeito à compatibilização deste entre a argamassa de reparação e a argamassa existente ou entre argamassa e o suporte. A argamassa aplicada deve possuir características semelhantes às das argamassas existentes mas inferiores às do suporte, de forma a não danificar o mesmo [2]. O tema da avaliação indirecta de propriedades mecânicas tem vindo a ser discutido nos últimos anos, assim como a temática do efeito de escala dos provetes. Tanto a nível nacional e internacional, têm vindo a ser publicados vários estudos sobre a obtenção indirecta do módulo de elasticidade a partir de equações empíricas derivadas da correlação com a resistência mecânica [3-5]. Neste caso, o objectivo da campanha experimental foi a obtenção de propriedades mecânicas a partir do ensaio do módulo de elasticidade dinâmico pois este é de fácil execução e não destrutivo. Deste modo, seria possível obter informações sobre a resistência mecânica, permitindo ainda a reutilização dos provetes para outros ensaios. No que diz respeito ao estudo do efeito de escala dos provetes, a maioria dos códigos de projecto de estruturas não o considera. Uma vez que os materiais como o betão e a argamassa deixam de cumprir adequadamente as suas funções por formação de fissuras e micro-fissuras, para estes materiais, o efeito de tamanho tem de ser considerado na estimativa das suas características de resistência [6]. Neste campo, há uma lacuna em relação ao estudo de argamassas de base cimentícia. Por conseguinte, no presente trabalho, o efeito do tamanho do provete na resistência mecânica e módulo de elasticidade é investigado para avaliar a possibilidade de correlações adequadas entre provetes normalizados e provetes reduzidos.
3 2 Campanha experimental 2.1 Método de ensaio O módulo de elasticidade dinâmico foi determinado com recurso ao equipamento GrindoSonic MK5 Industrial segundo a norma ASTM E Este método de ensaio mede a frequência de ressonância fundamental de corpos de prova e, a partir desta, das dimensões e da massa, é então possível obter o módulo de elasticidade dinâmico, E-mod. A resistência à compressão e à tracção, R c e R t respectivamente, foram realizadas segundo a norma EN Nas Figuras 1 e 2, ilustra-se a realização de um ensaio do módulo de elasticidade dinâmico num provete normalizado (PN) e num provete reduzido (PR). Figura 1: Ensaio para determinação do módulo de elasticidade dinâmico em PN Figura 2: Ensaio para determinação do módulo de elasticidade dinâmico em PR 2.2 Tipos de provetes Nas Figuras 3 a 5, são apresentados um provete normalizado e os dois tipos de provetes reduzidos realizados. Figura 3: PN (4x4x16) cm 3 Figura 4: PR (2x2x8) cm 3 Figura 5: PR (3x3x3) cm 3 e (4x4x4) cm Formulação e caracterização das misturas Na presente campanha experimental, foram realizadas cinco formulações de argamassas, uma argamassa de referência, duas com 1% de substituição em volume do agregado natural por cada um dos agregados leves (1% GC e 1% AE) e, por último, duas argamassas com alternância de 6% e 4% de ambos os agregados leves (6% GC + 4% AE e 4% GC + 6% AE), sendo que AE e GC correspondem a argila expandida e granulado de cortiça, respectivamente.
4 Não foi realizado um estudo exaustivo das curvas granulométricas usdas na produção das argamassas pois o objectivo está na comparação entre provetes e não entre argamassas. Na Tabela 1, são apresentadas as composições das argamassas efectuadas. Argamassa Referência Tabela 1: Composição, em volume, das argamassas utilizadas Traço em volume Ligante Cimento Areia Agregado GC AE Relação a/c % AE % GC 1:4 2 8,68 6% GC+4% AE ,68 4% CG+6% AE ,68 3 Apresentação e análise de resultados Na Tabela 2, são apresentados os resultados médios obtidos dos ensaios da resistência à compressão e à tracção por flexão, R c e R t, respectivamente, e do ensaio de módulo e elasticidade dinâmico, E-mod, em provetes normalizados e provetes reduzidos. Tabela 2: Resultados obtidos dos ensaios realizados Provetes normalizados (PN) Provetes reduzidos (PR) Argamassa Rt Rc Rc [MPa] E-mod [MPa] [MPa] [MPa] (3X3) cm Rc [MPa] (4X4) cm E-mod [MPa] Referência 2,28 8,89 122,95 6,35 7, ,2 1% AE 1,43 4,83 422,17 6,41 4, ,45 1% GC,41,78 184,18,73,45 131,8 6% GC+4% AE,96 2,4 168,9 1,41 2,55 652,83 4% GC+6% AE 1,13 2,94 196,95 1,79 3,7 957,43 A partir dos resultados obtidos, foram efectuadas as correlações expostas nas Figuras 9 a 12. Quanto à Figura 6, verificou-se que a linha de tendência linear apresenta um coeficiente de determinação R 2 =,89. Embora este coeficiente indique que existe uma boa correlação entre os PR e os PN, verificou-se também que o ponto da argamassa de 1% AE se afasta desta tendência e que o mesmo sucede nas restantes relações efectuadas, podendo assim ter afectado ligeiramen-
5 te a correlação. Esta discrepância pode estar associada a um erro de medição ou a uma variabilidade de resultados em relação a esta argamassa. Em relação à resistência à compressão dos dois tipos de PR em comparação com os PN (Figura 7), verifica-se que o PR (4x4x4) cm 3 obteve um coeficiente de correlação consideravelmente superior e com maior fiabilidade (R 2 =,96) quando comparado com o PR (3x3x3) cm 3, que obteve um coeficiente de determinação inferior (R 2 =,77), tendo-se dado continuidade ao estudo com o provete reduzido de dimensões (4x4x4) cm 3. E-mod PR [MPa] A presente campanha experimental permitiu aprofundar o conhecimento sobre os efeitos da variação da escala dos provetes na avaliação das propriedades mecânicas através do módulo de elasticidade dinâmico. Dos gráficos apresentados que relacionam o módulo de elasticidade dinâmico em provetes reduzidos com a resisy =,857x R² =, E-mod PN [MPa] Figura 6: Relação entre E-mod de PR e PN R c PR [MPa] R c PN [MPa] PR (4x4)cm PR (3x3)cm y =.8787x R² =.9637 y =.836x R² =.7667 Figura 7: Relação entre R c em PR e PN Resistência mecânica PN [MPa] y =,364x,5832 R² =, y =,517x,452 R² =, E-mod PN [MPa] Figura 8: Relação entre o E-mod e a resistência mecânica, Rt e Rc, em PN Rt Rc Resistência mecânica PN [MPa] y =,76x,5138 R² =,96 2 y =,86x,352 R² =, E-mod PR [MPa] Figura 9: Relação entre o E-mod em PR e a resistência mecânica, Rt e Rc, (PN) Rt Rc Em relação às Figuras 8 e 9, verificou-se que ambos os gráficos apresentam boas tendências em potência, tal como em [4 e 5]. Apesar de os coeficientes obtidos da Figura 9 serem um pouco inferiores, estes continuam acima de R 2 =,9. 4 Conclusões
6 tência mecânica e o módulo de elasticidade em provetes normalizados, verificou-se que os coeficientes de determinação R 2 foram de,96 para a resistência à compressão,,92 para a resistência à tracção e,89 para o módulo de elasticidade dinâmico. Pode-se concluir que há a possibilidade de utilizar o ensaio do módulo de elasticidade dinâmico em provetes reduzidos como medida indirecta da resistência mecânica das argamassas e do próprio módulo de elasticidade. Visto existir a possibilidade de avaliar as propriedades mecânicas a partir do módulo de elasticidade dinâmico de provetes reduzidos, é importante estudar provetes reduzidos com diferentes formas e dimensões que melhor se adeqúem às formas e dimensões normalmente (ou usualmente) recolhidas in-situ ou utilizadas em laboratório quando a quantidade do material disponível para o estudo é limitada. 5 Agradecimentos Os autores agradecem ao ICIST e à FCT o financiamento do projecto de investigação NANORENDER - PTDC/ECM/118262/21 e da bolsa de doutoramento SFRH/BD/97182/213. Os autores também agradecem ao Eng.º Tiago Barroqueiro pelo apoio na produção e realização dos ensaios laboratoriais. 6 Bibliografia [1] Silva, G. N.; Campiteli, C. V. Módulo de elasticidade dinâmico de argamassa de revestimento. Ambiente Construído Patologia 28: Vol. 8, No. 4, pp [2] Veiga, M.R. Comportamento de argamassas de revestimento de paredescontribuição para o estudo da sua resistência à fendilhação. Tese de Doutoramento em Engenharia Civil, Faculdade de engenharia da Universidade do Porto, [3] Suto, H. Relation between modulus of elasticity and compressive strength of ultrahigh-strength mortar with mixed silicon carbide as fine aggregate. Journal of Materials Science and Technology 21: Vol. 17, No. 5. [4] Lim, S; Zollinger G. D. Estimation of the compressive strength and modulus elasticity of cement-treated aggregate base materials - Meeting of the Transportation Research Board Washington, D.C., 23. [5] Martins, G.D. Influência do tamanho do corpo de prova nos resultados de ensaios de módulos de deformação e resistência à compressão e suas correlações para concretos produzidos em Goiânia-Go. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás, 28. [6] Majeed, S. A. Effect of specimen size on compressive, modulus of rupture and splitting strength on cement mortars. Journal of Applied Sciences 211: Vol. 11, No. 3, pp
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