Fissuração em Revestimento de Argamassa com Areia Britada de Rocha Calcária

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1 Fissuração em Revestimento de Argamassa com Areia Britada de Rocha Calcária Cracking in Rendering Mortar with Crushed Sand from Limestone Rock Narciso Gonçalves da Silva (1); Gustavo Gonçalves da Silva (2); Philippe Jean Paul Gleize (3) (1) Professor Doutor, Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR (2) Graduando em Engenharia Civil, Universidade Federal do Paraná - UFPR (3) Professor Doutor, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Av. Sete de Setembro, 3165, , Centro, Curitiba-PR Resumo A areia proveniente da britagem de rocha em substituição à areia natural vem sendo muito utilizada na preparação de concretos. Porém, como agregado miúdo na produção de argamassa ainda é muito pouco utilizado, devido ao grande número de patologias que provocam no revestimento, principalmente a fissuração associada à retração plástica. Para avaliar as causas da fissuração em revestimentos foram produzidas argamassas mistas, no traço em volume 1 : 1 : 6 (cimento : cal : areia). Utilizou-se cimento CPII-Z 32, cal hidratada, areia natural proveniente da bacia do Rio Tijucas e areia britada de rocha calcária. No estado fresco foram determinados: índice de consistência (NBR 13276/2005), teor de ar incorporado (NBR 13278/2005), retenção de água através do Funil de Buchner modificado e avaliação reológica através do ensaio de squeeze-flow. No estado endurecido foram determinados: retração por secagem e perda de massa em corpos de prova de 25x25x285 mm (NBR 15261/2005), densidade de massa aparente (NBR 13280/2005), módulo de elasticidade dinâmico através da propagação de onda ultra-sônica (NBR 15630/2008), resistências à compressão e à tração na flexão (NBR 13279/2005), coeficiente de capilaridade (NBR 13279/2005), absorção de água e índice de vazios (NBR 9778/2005). Utilizando moldes de aço inox de 150 x 400 x 20 mm foi determinado a força na retração restringida e a retração livre linear. A suscetibilidade à fissuração foi avaliada utilizando um método adaptado da norma ASTM C1579/2006 com a utilização de vento. Os ensaios foram realizados em sala climatizada com temperatura e umidade relativa controladas. Os resultados demonstraram que as forças na retração restringida e a retração livre são variáveis preponderantes na fissuração dos revestimentos de argamassa. Palavra-Chave: revestimento, argamassa, fissuração, areia britada Abstract The sand from the rock crushing in replacing the natural sand is extensively used in preparation of concretes. But as fine aggregate in the production of mortar is still rarely used due to the large number of pathologies that cause in rendering, especially the cracking associated with the plastic shrinkage. To assess the causes of cracking in rendering were produced mixed mortars, trace in volume 1: 1: 6 (cement: lime: sand). It were used cement CPII-Z 32, hydrated lime, natural sand from the river basin Tijucas and sand crushed from rock limestone. In the fresh state were determined by consistency index (NBR 13276/2005), incorporated air (NBR 13278/2005), retention of water through the modified Buchner funnel and rheological evaluation by testing of squeeze-flow. In the hardened state were determined by drying shrinkage and mass loss in specimen of 25x25x285 mm (NBR 15261/2005), apparent mass density (NBR13280/2005), dynamic modulus of elasticity by ultrasonic wave propagation (NBR 15630/2008), resistances of the compression and traction in flexion (NBR13279/2005), capillarity coefficient (NBR 13279/2005), water absorption and index voids(nbr 9778/2005). Using stainless steel mold 150 x 400 x 20 mm was determined to force on restrained shrinkage and linear shrinkage free. The susceptibility to cracking was evaluated using a method adapted from standard ASTM C1579/2006 with the use of wind. The tests were conducted in a room with temperature and relative humidity controlled. The results showed that the forces in the restrained shrinkage and shrinkage free variables are prevalent in the cracking of rendering mortars. Keywords: rendering, mortar, cracking, crushed sand ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 1

2 1 Introdução A areia é um dos materiais constituintes da argamassa que ocupa a maior proporção do volume na sua constituição. Pesquisas desenvolvidas creditam à baixa qualidade e ao tipo da areia a responsabilidade pelo grande número de patologias no revestimento de argamassa. Atualmente no Brasil grande parte da areia é extraída de leitos de rios ou cavas, provocando a retirada da cobertura vegetal e a degradação dos cursos d água, causando grande impacto ao meio ambiente. Órgãos responsáveis pela fiscalização do meio ambiente vêm coibindo esta prática, com isso, os mineradores são forçados a extrair esses agregados em locais cada vez mais distantes do mercado consumidor, o que onera o preço final do produto. Novas alternativas vêm sendo buscadas para suprir a demanda de areia na construção civil, como a utilização de resíduos ou substituição da areia natural pela areia de britagem de rochas. Esta substituição foi a solução encontrada por vários países do mundo que teve início há mais de 30 anos. Atualmente há uma tendência mundial no uso da areia de britagem de rocha com várias vantagens. Entre elas, destacam-se o aproveitamento integral das pedreiras, a obtenção de areia com características físicas e químicas constantes, o teor de umidade praticamente zero, redução de impactos ambientais, entre outras. Porém, Silva (2006) constatou que a utilização de areia de britagem de rocha calcária em substituição a areia natural para a produção de argamassas provoca no revestimento um aumento considerável na incidência de fissuras no revestimento. 2 Materiais e Métodos As argamassas foram preparadas utilizando cimento Portland CPII-Z 32, cal hidratada CH III, areia natural extraída do leito do rio Tijucas no município de Tijucas-SC e areia obtida através da britagem de rocha calcária calcítica produzida em moinho de bola proveniente de pedreira do município de Rio Branco do Sul-PR. As características físicas do cimento, da cal e das areias são apresentadas na tabela 1. A figura 1 apresenta a distribuição granulométrica das areias. Tabela 1 Caracterização física do cimento CPII-Z 32, da cal hidratada CH III e das areias Areia Areia Característica Cimento Cal natural britada Massa unitária (kg/m³) NBR 7251/ Massa específica (kg/m³) NBR NM 23/ Módulo de finura NBR 7211/ ,16 2,67 Índice de vazios (%) adaptado ,59 47,51 Teor de material pulverulento (%) NBR 7219/ ,54 4,17 1 Para um volume unitário, a diferença entre a massa específica e a massa unitária corresponde ao volume de vazios expresso pela massa equivalente da areia. Esse valor dividido pela massa específica determina o índice percentual de vazios. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 2

3 Material passante acumulado (%) Areia natural 20 Areia britada 10 0 Fundo 0,075 0,15 0,30 0,60 1,20 2,40 Abertura da malha (mm) Figura 1 Distribuição granulométrica das areias As argamassas foram produzidas no traço em volume 1 : 1 : 6 (cimento : cal : areia), convertidos para os traços em massa através da massa unitária dos materiais constituintes. A tabela 2 apresenta o traço em massa e o teor de finos da argamassa anidra para cada tipo de areia e a tabela 3 apresenta o consumo dos materiais utilizados na produção das argamassas. Argamassa Tabela 2 Traços das argamassas e teor de finos Traço em volume (cimento : cal : areia) Traço em massa (cimento : cal : areia) Teor de finos 2 (%) Natural 1 : 1 : 6 1 : 0,65 : 8,43 7,26 Britada 1 : 1 : 6 1 : 0,65 : 9,00 12,72 Tabela 3 Consumo dos materiais na produção das argamassas Argamassa Consumo (kg/m 3 ) Cimento Cal Areia Água Natural (8,02%) (5,20%) (67,44%) (19,34%) Britada (7,76%) (5,02%) (69,86%) (17,35%) Os ensaios de caracterização das argamassas, no estado fresco e endurecido, foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção Civil (LMCC) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) em Florianópolis-SC. A tabela 4 apresenta os ensaios realizados com as respectivas normas e número de amostras. 2 Teor de finos é a quantidade de material seco passante pela peneira de malha 0,075 mm. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 3

4 Tabela 4 Ensaios realizados, normas e número de amostras Ensaios Norma N o de amostras Índice de consistência 13276/ Teor de ar incorporado 13278/ Retenção de água 13277/ Squeeze-flow 15839/ Densidade de massa aparente no estado endurecido 13280/ Retração por secagem e perda de massa 15261/ Módulo de elasticidade dinâmico 15630/ Resistência à compressão e à tração na flexão 13279/2005 6/3 Coeficiente de capilaridade 15259/ Absorção de água e índice de vazios 9778/ Utilizando os resultados do ensaio de squeeze-flow, determinou-se a tensão de escoamento para a deformação de 2,50 mm através da equação 1 (LEE et al. citados por MEETEN, 2000). Onde: τ o = tensão de escoamento (Pa) F = carga de compressão (N) h = altura instantânea da amostra (m) D = diâmetro da amostra (m) 12hF τ o = 3 (Equação 1) πd A fissuração, a retração linear e as tensões induzidas na argamassa a partir da moldagem foram avaliadas através das metodologias desenvolvidas por SILVA (2011). Todos os ensaios foram realizados em sala climatizada com temperatura de (21±2)ºC e umidade relativa de (50±5)%. 3 Resultados e Discussões Os resultados dos ensaios realizados nas argamassas no estado fresco estão apresentados na tabela 5. Tabela 5 Ensaios realizados nas argamassas no estado fresco Ensaio Norma Resultado Médio Desvio padrão Natural Britada Natural Britada Índice de consistência (mm) NBR 13276/ Teor de ar incorporado (%) NBR 13278/2005 3,66 4,81 0,30 1,97 Retenção de água (%) NBR 13279/ ,00 90,85 2,63 0,38 Tensão de escoamento (kpa) Adaptado 17,71 10,25 2,73 1,01 ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 4

5 A argamassa produzida com areia britada, apesar do menor consumo de água com relação à argamassa produzida com areia natural, apresentou maior índice de consistência, possivelmente foi influenciada pela natureza da areia, já que o consumo dos materiais é praticamente igual. Nas pesquisas de Silva et al. (2005), com areia britada e areia natural e com diferentes teores de finos (material passante na peneira de malha 0,075 mm), foi constatado que o fato das partículas da areia britada serem mais angulosas e menos esféricas que as partículas da areia natural é um fator mais relevante que o teor de finos na consistência das argamassas. A maior quantidade de pasta da argamassa com areia britada, devido ao maior teor de finos, influenciou significativamente para a redução da tensão de escoamento, porém, não influenciou no resultado da retenção de água. A tabela 6 apresenta os resultados médios realizados nos corpos de prova prismáticos 25 x 25 x 160 mm, na idade de 28 dias. Tabela 6 Ensaios realizados na idade de 28 dias Ensaio Norma Resultado Médio Desvio padrão Natural Britada Natural Britada Densidade de massa aparente (kg/m 3 ) NBR 13280/ ,00 2,36 Resistência à compressão (MPa) NBR 13279/2005 1,48 1,65 0,10 0,17 Resistência à tração na flexão (MPa) NBR 13279/2005 1,11 1,18 0,08 0,14 Módulo de elasticidade (GPa) NBR 15630/2008 3,65 4,32 0,31 0,08 Coeficiente de capilaridade (g/dm 2.min 0,5 ) NBR 13279/ ,48 29,69 1,80 0,23 Absorção de água (%) NBR 9778/ ,52 16,26 0,01 0,11 Índice de vazios (%) NBR 9778/ ,46 30,46 0,04 0,12 A argamassa produzida com areia britada apresentou densidade de massa significativamente maior que a argamassa produzida com areia natural, influenciada principalmente pela maior massa específica da areia britada. A capacidade da argamassa de resistir a esforços de compressão é uma propriedade mais exigida para argamassas de assentamento do que para argamassas de revestimento. Porém, a capacidade de resistir aos esforços de tração, tanto de aderência quanto de flexão, já é um requisito fundamental para argamassas de revestimento. Muitas vezes, a baixa resistência à tração na flexão não permite ao revestimento suportar os esforços de tensões, provocando assim a fissuração. A areia britada é uma variável importante quando se trata de melhorar as resistências mecânicas, porém também aumenta o módulo de elasticidade, fato que pode induzir a fissuração do revestimento em idades mais avançadas (SILVA e CAMPITELI, 2008). A retração por secagem acontece depois do fim de pega do cimento e ocorre devido à redução dimensional causada pela variação da tensão capilar (HUA et al., 1995; BENTZ, 2008), da pressão de desligamento e da variação da tensão superficial com a evaporação da água do poro da mistura cimentícia para o ambiente (MELO NETO, 2008). ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 5

6 Retração por secagem (µm/m) Retração (µm/m) Perda de massa (%) A retração por secagem, conforme pode ser observada na figura 2, foi significativamente maior para a argamassa produzida com areia natural que para a argamassa produzida com areia britada. Isto se deve, possivelmente, ao maior consumo de água (MEHTA e MONTEIRO, 1994) Natural 200 Britada Tempo (dias) Natural 2 Britada Tempo (dias) (a) (b) Figura 2 (a) Retração por secagem e (b) perda de massa por evaporação da água Natural Britada Perda de massa (%) Figura 3 Correlação entre perda de massa por evaporação da água e retração por secagem Analisando as curvas de correlação entre perda de massa por evaporação da água e retração por secagem apresentadas na Figura 3, observa-se que existe um perfil característico que indica que o fenômeno de retração por secagem ocorre em três fases distintas, conforme mostra a Figura 4. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 6

7 Figura 4 Curva característica da correlação entre perda de massa e retração por secagem Segundo Mesbah e Buyle-Bodin (1999), a fase 1 é caracterizada pela retração por secagem devido à perda de água dos poros da argamassa; a fase 2 corresponde a retração por secagem devido à saída de água dos capilares e a fase 3 corresponde a um ganho de massa ou estabilidade da perda de massa. Este fenômeno de ganho de massa pode estar associado à carbonatação devido à maior porosidade da matriz que facilita a penetração do gás carbônico. Os ensaios para medida de retração livre linear e de retração restringida foram realizados em moldes de aço inox, cujos procedimentos foram descritos por SILVA (2011). As Figuras 5 e 6 apresentam as curvas de retração livre linear e da força na retração restringida, respectivamente, obtidas logo após a moldagem. Figura 5 Curvas de retração livre linear e detalhe do molde de aço inox ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 7

8 A medida de retração livre da argamassa com areia britada ao final do ensaio, conforme mostra a figura 5, foi significativamente maior que a medida da retração livre da argamassa com areia natural, diferentemente do resultado do ensaio de retração por secagem apresentado na figura 2(a). Os dois ensaios foram realizados nas mesmas argamassas, porém em amostras com curas diferentes. Na retração por secagem, as amostras permaneceram confinadas no molde de dimensões 25 x 25 x 285 mm pelo período de 48 horas protegidos contra a evaporação da água, sendo a primeira medida registrada já no estado endurecido, após 48 horas da moldagem. No ensaio de retração livre linear, as medidas foram registradas 10 minutos após a moldagem por um período de 20 horas. Figura 6 Curvas de força na retração restringida e detalhe do molde de aço inox Nesta pesquisa, através do molde de aço inox com fundo não absorvente foram registradas as forças de tração devido à restrição da retração da argamassa pela célula de carga, provocada essencialmente pela evaporação da água. A argamassa foi imprimida no molde de aço inox, ancorada nos pinos da extremidade fixa e, também, nos pinos da extremidade móvel onde se fixou uma célula de carga. Inicialmente, 10 minutos após a moldagem, a célula de carga iniciou os registros das forças na retração restringida pelo período de 20 horas. Segundo Silva (2011), a presença maior de finos da areia britada, conforme mostra a tabela 2, induz ao refinamento da estrutura dos poros da argamassa com redução das dimensões capilares da argamassa. Este fato provoca um aumento da retração devido ao incremento da tensão superficial da água nos poros (JENSEN e HANSEN, 2001). Os fenômenos que provocam a fissuração dos revestimentos de argamassa são complexos e muito variados, mas de um modo geral, estão associados à ocorrência de tensão de tração que incidem já nos instantes iniciais, logo após a aplicação da argamassa. Estas tensões geradas na argamassa ainda no estado fresco são provocadas por deformações devidas, essencialmente, à perda de água, seja por sucção do substrato ou por evaporação. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 8

9 A Figura 7 apresenta o tempo de ocorrência da primeira fissura, o comprimento e a área total das fissuras observadas em três moldes, seguindo os procedimentos de SILVA (2011) Tempo (min) Comprimento (mm) Área total (mm²) Natural Britada Argamassa Figura 7 Resultados da avaliação da fissuração e detalhe de um dos moldes A fissuração das amostras da argamassa produzida com areia britada foi elevada, fato também constatado nos revestimentos de argamassa de cimento, cal e areia britada nas pesquisas de Silva (2006). O autor creditou a elevada fissuração à retração nos instantes iniciais após a aplicação e à majoração do módulo de elasticidade e das resistências mecânicas. Silva e Campiteli (2008) avaliando os mesmos revestimentos com areia britada atribuíram o aumento da fissuração à redução da relação areia/aglomerante, destacando que um maior consumo de cimento provoca o aumento do módulo de elasticidade. A fissuração maior na argamassa produzida com areia britada se deve à elevada retração livre e como conseqüência gerou elevadas forças na retração restringida, tendo como causa o aumento das pressões capilares provocadas pelas reduzidas dimensões dos capilares (SILVA, 2011). 4 Conclusões As características físicas das partículas da areia britada de rocha calcária são fatores que influenciam significativamente nas propriedades das argamassas. Argamassas com areia britada exigem maior quantidade de pasta para obter trabalhabilidade, somadas ao fato de apresentarem maior teor de finos, conduzem ao refinamento dos poros com redução das dimensões capilares, o que confere elevada rigidez demonstrada pelo módulo de elasticidade. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 9

10 A redução das dimensões capilares, devido à maior quantidade de pasta, melhor empacotamento da areia britada e menor consumo de água, tem como resultado a elevação da densidade de massa no estado endurecido, aumento das resistências mecânicas e do módulo de elasticidade. Contudo, estas argamassas apresentam maiores tensões capilares provocando, assim, maiores retrações e tensões. Estes fenômenos são responsáveis pela ocorrência de fissuras nos revestimentos das argamassas. Os resultados dos ensaios no estado fresco e endurecido demonstraram que algumas propriedades das argamassas melhoram com a utilização de areia de britagem em substituição da areia natural. Porém, o fator crítico é a maior incidência de fissuras nos revestimentos. A adição de aditivo incorporador de ar e/ou fibra de polipropileno na argamassa pode provocar o incremento das dimensões capilares, reduzindo assim a tensão capilar e a retração nas primeiras idades, minimizando ou até mesmo eliminando a fissuração dos revestimentos. Considerando as restrições impostas pelos órgãos governamentais à extração de areia dos leitos de rios, há necessidade de viabilizar a utilização de areia britada de rochas de modo a produzir argamassas que atendam aos requisitos exigidos para revestimentos de alvenaria. 5 Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 23: Cimento portland e outros materiais em pó Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, NBR 7211: Agregados para concreto Especificações. Rio de Janeiro, NBR 7219: Determinação do teor de materiais pulverulentos nos agregados. Rio de Janeiro, NBR 7251: Agregado em estado solto Determinação da massa unitária. Rio de Janeiro, NBR 9778: Argamassa e concreto endurecidos Determinação da absorção de água, índice de vazios e massa específica. Rio de Janeiro, NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos preparo da mistura e determinação de consistência. Rio de Janeiro, NBR 13277: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da retenção de água. Rio de Janeiro, NBR 13278: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da densidade de massa e do teor de ar incorporado. Rio de Janeiro, ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 10

11 . NBR 13279: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Rio de Janeiro, NBR 13280: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da densidade de massa aparente no estado endurecido. Rio de Janeiro, NBR 15259: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos Determinação da absorção de água por capilaridade e do coeficiente de capilaridade. Rio de Janeiro, NBR 15261: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação da variação dimensional (retração ou expansão linear). Rio de Janeiro, NBR 15630: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos determinação do módulo de elasticidade dinâmico através da propagação de onda ultrasônica. Rio de Janeiro, NBR 15839: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos caracterização reológica pelo método squeeze-flow. Rio de Janeiro, BENTZ, D. P.. A review of early-age properties of cement-based materials. Cement and Concrete Research, v. 38, n. 2, p , HUA, C.; ACKER, P.; EHRLACHER, A.. Analyses and models of the autogenous shrinkage of hardening cement paste, I. Modelling at macroscopi scale. Cement and Concrete Research, v. 25, n. 7, p , JENSEN, O. M.; HANSEN, P. F.. Autogenous deformation and RH-change in perspective. Cement and Concrete Research, v. 31, n. 12, p , MEETEN, G. H.. Yield stress of structured fluids measured by squeeze flow. Rheologica Acta, v. 39, n. 4, p , MESBAH, H. A.; BUYLE-BODIN, F.. Efficiency of polypropylene and metallic fibres on control of shrinkage and cracking of recycled aggregate mortars. Construction and Building Materials, v. 13, n. 8, p , MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M.. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. 1. ed. São Paulo: Pini, p. MELO NETO, A. A.. Estudo da influência de aditivos redutores e compensadores de retração em argamassas e pastas com cimento de escória. São Paulo, 2008, 253 p. Tese (Doutorado) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 11

12 SILVA, N. G.; BUEST, G.; CAMPITELI, V. C.. Argamassas com areia britada: influência dos finos e da forma das partículas. In: Simpósio Brasileiro de Tecnologia de Argamassas, VI, Florianópolis-SC. Anais... ANTAC, 2005, p SILVA, N. G.; CAMPITELI, V. C.. Correlação entre módulo de elasticidade dinâmico e resistências mecânicas de argamassas de cimento, cal e areia. Revista Ambiente Construído, v. 8, n. 4, p , SILVA, N. G.. Argamassa de revestimento de cimento, cal e areia britada de rocha calcária. Curitiba, p. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Paraná. SILVA, N. G.. Avaliação da retração e da fissuração em revestimento de argamassa na fase plástica. Florianópolis, p. Tese (Doutorado) Universidade Federal de Santa Catarina. Disponível em Acessado em 27/05/2011. SILVA, N. G., et al.. Retração restringida de argamassa de revestimento, 52 º Congresso Brasileiro do Concreto. Fortaleza, IBRACON, ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 12