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3 RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DA ÁGUA DE CHUVA DA ALVENARIA ESTRUTURAL Ramirez, R. (1) ; Franco, L. S. (2) (1) Eng. Civil, Doutorando da EPUSP [email protected] (2) Eng. Civil, Doutor em Engenharia, Professor da EPUSP [email protected] Av. Prof. Almeida Prado, Trav. 2 S/N CEP São Paulo, SP-Fone: (011) Fax (011) RESUMO A resistência à penetração da água de chuva da alvenaria estrutural é um critério de desempenho que pode ser comprometido na medida que o revestimento da parede envelhece ou quando são utilizadas técnicas de execução da alvenaria em que não são preenchidas as juntas verticais entre componentes. Neste estudo, a partir de um trabalho experimental, é definida em que medida o envelhecimento do revestimento e o não preenchimento das juntas verticais entre componentes podem comprometer a estanqueidade da parede de blocos de concreto revestida. Os resultados mostram que para o caso das juntas entre componentes não preenchidas não há alteração da estanqueidade da parede para os parâmetros de ensaio normalizados, e que este tipo de parede consegue distribuir melhor as fissuras que aparecem no revestimento com o transcorrer do tempo. Palavras chaves: alvenaria estrutural, bloco de concreto, junta vertical de argamassa não preenchida, resistência à penetração da água de chuva. ABSTRACT The resistance of structural masonry to rainwater penetration is a performance standard that can be affected as the rendering age or when unfilled vertical joints are used. This study assesses experimental data in order to define in what measure the rendering age and the use of unfilled vertical joints can affect the water resistance of coated concrete block walls. The results show that there is no alteration related to the water resistance standard tests, that the water resistance of the wall is not influenced by not filling vertical joints and that walls with unfilled vertical joints have a superior capacity to adapt to dimensional variation due to changes in temperature. Keywords: structural masonry, concrete block, unfilled vertical mortar joints, resistance to water penetration.

4 2 1. Introdução Entre os critérios de desempenho a avaliar na alvenaria estrutural está a resistência à penetração da água de chuva da parede revestida. Neste trabalho se estuda qual seria o comportamento da parede revestida, com juntas verticais entre componentes preenchidas ou não, quando submetida a variações bruscas de temperatura e à ação da água de chuva. Um primeiro aspecto seria avaliar as possíveis mudanças da integridade do revestimento ao longo do tempo e como estas mudanças podem comprometer a resistência da parede à penetração da água de chuva. Um segundo aspecto seria quantificar as variações dimensionais que sofre a parede na direção do seu comprimento quando varia a temperatura em sua superfície. O principal objetivo é avaliar a influência do tipo de junta vertical entre componentes no comportamento da parede. Em relação à resistência à penetração da água de chuva são estudadas duas situações, a primeira consiste em avaliar este critério de desempenho quando o revestimento não tenha sofrido nenhuma agressão do meio ambiente desde o momento em que foi executado. A segunda situação consiste em voltar a avaliar a resistência à penetração da água de chuva depois do revestimento ter sido envelhecido através de sucessivos ciclos de umedecimento e secagem. Em todos os casos os testes são feitos em duas paredes revestidas que só se diferenciam no tipo de junta vertical entre componentes. 2. Resistência à penetração da água de chuva. Revestimento não fissurado Para estes ensaios têm-se dois corpos de prova com as características geométricas representadas na Fig. 1. Estas paredes foram executadas com blocos de 8 MPa e argamassa de assentamento com traço 1:1:6. De um lado estão revestidas com um revestimento de argamassa também de traço 1:1:6 aplicado em camada única com espessura de 2,5 cm e acabamento com feltro. Nesta face da parede tenta-se representar o que seria um tipo de revestimento externo comum. Na Fig. 2 são mostradas as dimensões destes corpos de prova.

5 3 Figura 1. Paredes para ensaios de resistência à penetração da água de chuva. revestimento argamassado 2400 (12 fiadas) face não revestida PLANTA 2400 ELEVAÇÃO Figura 2. Características das paredes ensaiadas. No assentamento dos blocos são preenchidos com argamassa os septos transversais com vistas a representar a situação mais crítica do ponto de vista da capilaridade entre as duas faces da parede. A única diferença entre as duas paredes é que uma delas tem junta vertical preenchida de 10 mm de espessura e a outra junta seca com espessura de 3 a 5 mm. Para a realização dos ensaios foi projetada e construída uma câmara de testes que tem como referência as especificações da ASTM E 514 (1990), o Projeto EPUSP/TEBAS

6 4 (1988) e o método que é definido em IPT (1998) como: Verificação da estanqueidade à água de paredes externas *. A câmara foi projetada pensando em sua facilidade de manipulação e transporte e por tal motivo tem dimensões menores que as especificadas pelos métodos da ASTM e do IPT. A área efetiva de aplicação da cortina de água é de 70 x 70 cm 2. Uma outra característica do equipamento é que está concebido para ser fixado tanto em alvenaria de vedação como estrutural. No caso da alvenaria de vedação seriam utilizados parafusos que atravessam a parede de lado a lado, na alvenaria estrutural pode-se utilizar este mesmo método ou parafusos com bucha, no entanto, a viabilidade de utilizar parafusos com buchas vai depender da regularidade da superfície do revestimento e da espessura total do revestimento junto a espessura da face do bloco. Na Fig. 3 é apresentada a seqüência de montagem da câmara de testes durante um ensaio para ajustes do equipamento num painel de alvenaria de vedação. Inicialmente, foram realizados dois testes na parede com junta vertical preenchida em que a pressão de ar e a vazão de água eram as máximas especificadas pelo procedimento do IPT, 500 Pa (50 mm.c.a) e 1,5 dm 3 /min, que correspondem a um vento de 102 Km/h e a uma chuva de 180 mm/h, respectivamente. No Brasil essas pressões de vento só se registram numa pequena faixa de território no sul do país. Depois de dois testes de 8 horas de duração não se registrou nenhuma mancha de umidade na face não revestida da parede. Dado este resultado, decidiu-se duplicar os parâmetros do ensaio, passou-se a utilizar uma pressão de ar de 1000 Pa e uma vazão de água de 3 dm 3 /min, além disto a duração do teste foi prolongada para 10 h. A norma da ASTM define que o teste tenha uma duração de 4 horas e o método do IPT de 7 horas. No entanto nestas condições extremas de ensaio não se registrou nenhuma mancha de água em nenhuma das quatro posições ensaiadas, duas delas na parede com junta vertical preenchida e outras duas na parede com junta seca. Em relação ao número de medições o método do IPT especifica duas * Na descrição deste procedimento, este documento tem um erro em todas as tabelas que fazem referência ao valor da pressão estática, estes valores devem ser multiplicados por 10 para que se correspondam com as unidades de medida especificadas.

7 5 avaliações e a ASTM três. Na Fig. 4 aparece um ensaio em andamento e a forma de fixação utilizada. a) b) c) d) e) f) Figura 3. Seqüência de montagem da câmara de testes: a) fixando contra-marco, b) contra-marco fixado com parafusos passantes, c) vedação interna do contra-marco com silicone, d) fixação da câmara, e) calibração da vazão de água, f) depósito com bomba de água.

8 6 Figura 4. Ensaio de estanqueidade e forma de fixação do contra-marco. 3. Resistência à penetração da água de chuva. Revestimento fissurado Nesta segunda fase dos ensaios se introduz um outro tipo de procedimento que consiste no envelhecimento do revestimento por choque térmico para avaliar a influência das variações de temperatura e umidade na resistência à penetração da água de chuva. O método a seguir é o definido em IPT (1998) como: Verificação do comportamento de paredes expostas à ação do calor e choque térmico. Para elevar a temperatura do revestimento é utilizado um painel radiante em que a fonte de calor são lâmpadas incandescentes de 150 Watts e para umedecer a parede é utilizado um rolo de espuma dos utilizados para aplicação de pintura em paredes. Segundo o citado procedimento a temperatura no revestimento deve ser levada a 80 o C e mantida durante uma hora, e em seguida é umedecido intensamente até a temperatura cair a 20 o C. Com o equipamento utilizado demorava-se aproximadamente ½ hora em atingir os 80 o C e uns 20 minutos em descer a temperatura a 30 o C. As medidas de temperatura eram feitas em 5 pontos distribuídos uniformemente na área ensaiada, o valor atingido era medido com termômetro de superfície tipo laser. Durante o tempo em que a temperatura era mantida em 80 o C, na face não revestida da parede a temperatura média era de 40 o C. Na Fig. 5-a e 5-b é mostrado o procedimento de ensaio. Embora o método do IPT especifique 10 ciclos de calor e água, a cada uma das paredes estudadas foram aplicados 12 ciclos. No momento em que aparecia uma fissura era colocado o número do ciclo que correspondia a sua formação, o comprimento é medido através de um cordão que segue o trajeto da fissura e a largura média é medida com um

9 7 fissurômetro com precisão de 0,02 mm, Fig. 5-c e 5-d. No momento em que foi realizado este ensaio estas paredes já tinham 11 meses após sua construção. a) b) c) d) Figura 5. Ensaio de choque térmico, a) elevação da temperatura, b) esfriamento, c) medição do comprimento de fissura, d) medição da largura de fissura. Com o equipamento utilizado é impossível detectar e medir a largura de todas as fissuras que aparecem, portanto foram medidas aquelas mais visíveis. Em geral, percebe-se que na parede com juntas verticais secas, aparecem um maior número de fissuras, mas estas estão mais uniformemente distribuídas na superfície quando comparadas com as que aparecem na parede com junta vertical preenchida. Para medir o comprimento e largura de fissura foi só considerada uma área centrada de 1,50 m de largura x 1,80 m de altura, isto permite facilitar o trabalho de medição e não considerar aquela zona mais próxima das bordas, em que as condições variam segundo seja considerada a direção horizontal ou vertical. Na Tabela 1 são mostrados os resultados destas medições.

10 8 Tabela 1. Comprimento e largura das fissuras. Tipo de parede Dimensões e estatísticas Com junta vertical Comprimento (mm) Largura (mm) Sem junta vertical Comprimento (mm) Largura (mm) Média 508 0, ,022 n Desvio 182 0, ,016 CV (%) Segundo os valores da Tabela 1, não há nenhuma diferença significativa entre os valores médios de comprimento e largura de fissura das duas paredes que estão sendo estudadas. Um outro tipo de análises que pode ser feita é em relação a como progridem os comprimentos e larguras de fissuras na medida que vai aumentando o número de ciclos de calor e água. Nas Figs. 6 e 7 é representado este comportamento. Para um número intermediário de ciclos, na parede com junta seca aparecem fissuras que no final do ensaio têm acumulado um maior comprimento e uma maior largura. Na medida em que aumenta o número de ciclos esta primeira tendência diminui e no caso da largura da fissura a parede com junta seca chega a acumular uma largura de fissura menor. Um outro ensaio para avaliar a influência das variações de temperatura e umidade é a medição das deformações que sofre a parede ao longo de seu comprimento quando submetida a ciclos de calor e água.

11 9 Comprimento de fissura acumulado 9000 comprimento de fissura (mm) junta preenchida junta seca N o de ciclos Figura 6. Progressão do comprimento de fissura com o número de choques térmicos. Largura de fissura acumulada 0,350 0,300 junta preenchida junta seca largura de fissura (mm) 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0, N o de ciclos Figura 7. Progressão da largura de fissura com o número de choques térmicos.

12 10 Considerando as altas temperaturas que ocorreram na face não revestida da parede se faz impossível a utilização de extensômetros elétricos nesta área da parede, por tanto estas deformações são medidas durante o ensaio com relógios comparadores com precisão de milésimos de milímetros. Na Fig. 8 é mostrado o esquema de ensaio e na Fig. 9 sua realização. O fato de que o revestimento já tenha um certo nível de fissuração, diminui sua influência na restrição às deformações. coluna de aço relógio comparador com base magnética ELEVAÇÃO Figura 8. Esquema do ensaio para medir deformações em paredes. Neste ensaio são feitas diferentes leituras dos relógios comparadores para diferentes níveis de temperatura do revestimento. A forma de ler estes valores de temperatura é a mesma utilizada no processo de envelhecimento da parede, com termômetro de superfície tipo laser, já em relação à forma de umedecimento do revestimento não é encostado nenhum implemento na parede para evitar qualquer tipo de vibração no elemento estrutural. Os valores de temperatura para os quais são feitas as leituras de deformação são: 40 o C, 60 o C, 80 o C, e 80 o C depois de ter mantido essa temperatura constante durante ½ hora e depois de transcorrida 1 hora. Posteriormente é umedecido o revestimento até a temperatura do mesmo cair até 35 o C para fazer uma última leitura. Para cada uma das paredes que estão sendo estudadas o ensaio é repetido três vezes em dias diferentes.

13 11 a) b) c) d) Figura 9. Medição de deformações em paredes, a) e b) arranjo geral do ensaio, c) detalhe do relógio, d) método de esfriamento. Como resultado final neste ensaio têm-se os valores representados na Fig. 10. Em geral, na medida que a temperatura aumenta não existe uma diferença significativa nos valores de deformação entre as duas paredes, ao menos para o comprimento de parede que está sendo considerado. No entanto, para o último nível de temperatura considerado (35 o C) existe uma diferença considerável. No inicio do ensaio quando a temperatura é de 40 o C as duas paredes têm praticamente a mesma deformação longitudinal, mas ao ser levada a temperatura de 80 o C a 35 o C num intervalo de tempo de aproximadamente 1 hora, a parede com junta seca quase volta aos níveis de deformação que tinha quando o revestimento estava seco, enquanto a parede com juntas verticais preenchidas tem uma deformação 40% maior. Isto se pode dever à uma maior dificuldade deste tipo de parede em dissipar as deformações sofridas quando o revestimento está úmido. No caso das medições feitas nas paredes com junta preenchida o coeficiente de variação entre os resultados dos três ensaios varia de 20 a 25 % segundo seja o nível de temperatura considerado, para as paredes com junta seca este coeficiente oscila entre 10 e 15 %.

14 12 Relação temperatura-deformação 0,650 0,600 0,550 0,500 sem junta com junta deformação longitudinal (mm) 0,450 0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 40ºC 60ºC 80ºC 80ºC (1/2 h) 80ºC (1 h) molhado (35ºC) temperatura Figura 10. Influência das variações de temperatura nas deformações longitudinais. Uma vez fissurado o revestimento, os ensaios de estanqueidade podem ser repetidos para avaliar a ocorrência de mudanças no desempenho das paredes. Nesta segunda fase são ensaiadas três posições em cada parede com os parâmetros de ensaio que foram finalmente adotados na primeira série de ensaios, uma pressão estática de 1000 Pa (100 mm.c.a.) e 10 horas de duração do teste. Na parede com juntas verticais preenchidas, das três posições ensaiadas só uma apresentou manchas de água na face não revestida, Fig. 11-a e 11-b, como a primeira mancha apareceu às 8 h o ensaio foi prolongado até 14 h para avaliar o propagação da mancha. No caso da parede com juntas não preenchidas, as três posições apresentaram manchas de umidade, Fig. 11-c à 11-e, numa primeira posição a primeira mancha apareceu com 8 h de ensaio, na segunda posição com 3 h e na terceira com 5 h. Como os parâmetros de ensaio são exagerados, na terceira posição da parede com junta não preenchida foi previamente feito um teste com parâmetros normalizados, 500 Pa de

15 13 pressão estática (50 mm.c.a.). Depois de 10 h de teste não ocorreu nenhuma mancha de umidade. Em todos os casos em que apareceu a mancha, esta sempre começa na argamassa da junta de assentamento e posteriormente vai-se propagando ao longo desta junta a uma maior velocidade do que na superfície do bloco. Na parede com junta preenchida a propagação da mancha na superfície do bloco é menor, mas aparecem vários pontos de área úmida na junta de assentamento da área testada. a) b) c) d) e) f) Figura 11. Manchas de umidade no ensaio de estanqueidade.

16 14 As posições ensaiadas eram inspecionadas de hora em hora, o perímetro da mancha era delineado e anotado o número de horas de ensaio, desta forma pode-se fazer uma avaliação numérica da área total umedecida e de sua velocidade de propagação. Uma forma de facilitar este cálculo é transferir o contorno destas áreas a uma folha de papel vegetal, Fig. 12. Figura 12. Levantamento da área das manchas de água. 4. Conclusões Para avaliar a influência do tipo de junta no comportamento da alvenaria frente às variações de temperatura foi testada a resistência à penetração da água de chuva da parede com um revestimento que não tinha sofrido nenhuma ação do meio ambiente e depois de ter submetido este revestimento a vários ciclos de choque térmico, também foram medidas as variações dimensionais do elemento parede frente a sucessivas variações de temperatura. Como resultado têm-se as seguintes conclusões: os testes feitos levam a considerar que um revestimento não fissurado garanta a estanqueidade da parede para qualquer que seja o nível de chuva e força de vento atuando sobre a parede; na medida em que o revestimento envelhece, se as juntas verticais não foram preenchidas, a quantidade de microfissuras é maior, mas mais bem distribuídas. Por sua vez a largura destas fissuras é menor, se comparada com uma parede que tem as juntas preenchidas;

17 15 quando aplicados parâmetros de ensaio normalizados, com respeito à pressão de vento e volume de chuva, não se tem nenhuma diferença entre o desempenho de uma parede com junta seca e uma com junta preenchida; se comparados o nível de dilatação e retração térmica de duas paredes que se diferenciam no tipo de junta vertical, a parede com junta vertical seca mostra uma maior capacidade de acomodar deformações por ter uma maior facilidade de recuperar suas dimensões iniciais. Concluindo, o tipo de junta vertical entre componentes não compromete a resistência à penetração da água de chuva da alvenaria. E por outro lado, há indicações de que uma parede com juntas secas tem uma maior capacidade de acomodar as deformações que sofre ao ser submetida a variações de temperatura. Na interpretação de estes resultados deve-se considerar que o comprimento das paredes é relativamente pequeno (2,40 m). Estas limitações foram condicionadas pela área disponível no laboratório, é de esperar que numa parede de comprimento maior se tenham níveis de fissuração e de deformação longitudinal maiores aos aqui apresentados. 5. Referências bibliográficas AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standards Test Method for Water Penetration and Leakage Through Masonry, E 514. Baltimore, ASTM, EPUSP-TEBAS. Relatório de acompanhamento estanqueidade à água de chuva. Convênio EPUSP/CPqDCC-TEBAS. EP/TC-2, N o 20007, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, EPUSP-PCC, INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS. Critérios mínimos de desempenho para habitações térreas de interesse social. São Paulo, IPT, p.