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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
DESEMPENHO DO REPARO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO COM
ARGAMASSA POLIMÉRICA
Otacisio Gomes Teixeira
Salvador
2016
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
DESEMPENHO DO REPARO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO COM
ARGAMASSA POLIMÉRICA
Otacisio Gomes Teixeira
Projeto de pesquisa apresentado ao
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA CIVIL como requisito parcial
à obtenção do título de MESTRE EM
ENGENHARIA CIVIL
Orientador: Prof. Dr. Jardel Pereira Gonçalves
Agência Financiadora: FAPESB
Salvador
2016
iii
______________________________________________________________________
XXXX Teixeira, Otacisio Gomes Desempenho do reparo em vigas de concreto armado com Argamassa polimérica / Otacisio Gomes Teixeira. -- Salvador - Bahia, 2017. 103 f.: il, color. Orientador: Prof. Dr. Jardel Pereira Gonçalves. Projeto de Dissertação (mestrado) - Universidade Federal da Bahia. Escola Politécnica, 2017. 1. Argamassa de reparo. 2. Estrutura de concreto armado. 3. Argamassa polimérica.. I. Gonçalves, Jardel Pereira. II. Silva, Francisco Gabriel Santos. III. Dias, Cléber Marcos Ribeiro. IV. Universidade Federal da Bahia. V. Título. CDD: XXXXX
______________________________________________________________________
iv
DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho a toda minha família, em especial ao meu irmão
Marcelo (in memorian) que tenho certeza está olhando por mim, e a todos que
colaboraram direta e indiretamente com esse trabalho.
v
FORMAÇÃO DO CANDIDATO
Técnico Agropecuário, formado pelo Instituto Federal Baiano, IFBAIANO
(2007); Engenheiro Civil, formado pela Universidade Federal da Bahia, UFBA
(2014). Especialista em Engenharia de Produção formado pelo Centro
Universitário Internacional, UNINTER (2015); Especialista em Engenharia de
Segurança, formado pela Universidade Candido Mendes, UCAM (2016).
vi
MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DE
__________________OTACISIO GOMES TEIXEIRA_____________________
APRESENTADA AO MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL, DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA, EM 09 DE JANEIRO DE 2016.
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________
Prof. Dr. Jardel Pereira Gonçalves
Orientador
PPEC - UFBA
_____________________________________
Prof. Dr. Francisco Gabriel Santos da Silva
PPEC- UFBA
_____________________________________
Prof. Dr. Cléber Marcos Ribeiro Dias
PPEC- UFBA
vii
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer primeiramente ao Prof. Dr. Jardel Pereira
Gonçalves e o Prof. Dr. Francisco Gabriel pelas orientações;
A minha família pelo apoio em todos os momentos;
A minha Noiva Meire pela paciência e amor;
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil – PPEC, pela
contribuição com os ensinamentos;
Aos Colegas do PPEC pelo convívio e momentos de lazer;
A FAPESB pela bolsa, na qual na sua ausência não seria possível realizar
esta pesquisa.
viii
RESUMO
A perda do desempenho das estruturas de concreto armado está diretamente
associada ao aparecimento de patologias. Sua recuperação depende tanto da
escolha de um procedimento e de um material de reparo adequado. O reparo e
reforço de concreto armado são atividades que vem apresentando relevante
importância na historia da construção civil pelo aumento do volume e
necessidade de trabalho nessa área. A eficácia do reparo pode ser
estabelecida em termos de sua capacidade para restaurar a integridade
estrutural de um elemento de concreto. A construção civil tem como tendência
utilizar cada vez mais sistemas que garantam à proteção as estruturas de
concreto, o que tem contribuído para o incremento do surgimento de novos
produtos e métodos de execução. Logo esse trabalho tem como objetivo geral
avaliar o desempenho do reparo em estruturas de concreto armado submetido
à flexão. O material de reparo utilizado será argamassas poliméricas que estão
disponíveis no mercado. Na analise de desempenho será discutido
principalmente: a aderência da argamassa no substrato, utilizando dois
processos avaliativos, o primeiro usando a tração na flexão e o segundo
método de cisalhamento direto; a influência que a geometria do reparo no
comportamento estrutural e o processo construtivo. Para tanto serão
confeccionadas vigas de pequeno e grande porte que serão reparada e posta a
ensaio de tração na flexão e visitas técnicas em obras consolidando um estudo
de caso.
Palavras chaves: Argamassa de reparo; estruturas de concreto armado;
argamassa polimérica.
ix
CONCRETE BEAMS REPAIR’S PERFORMANCE WITH POLYMERIC PLASTER.
ABSTRACT
Performance loss of reinforced concrete structures is directly associated to
pathologies occurrence. Appropriate material and procedure contribute to
structure recovery. Repair and enhancement of reinforced concrete are both
activities meaningful in importance throughout construction industry history due
to a rise in activity volume and work necessity in this field. The repair
effectiveness can be established in terms of its capacity to restore the structural
integrity of a concrete member. There is a high tendency on construction
industry to use systems that can protect concrete structures, which has been
contributing to increase new products and implementing methods emergence.
Therefore, this paper aims to evaluate concrete structures submitted to flexural
forces repair’s performance. Material repair used is polymeric plaster available
on the market. Plaster adhesion in the substrate, using two evaluation
processes, one applying bending traction and the other one using direct shear
method; and, repair geometry influence on both structural behavior and
construction process, are mainly discussed in performance evaluation. To reach
the target, small and large-sized beams will be fabricated, be repaired and put
under bending traction, and technical visits on building sites, consolidating a
case study.
Keywords: Repair mortar; Reinforced concrete structures; Polymer mortar.
x
SUMÁRIO
Pág. BANCA EXAMINADORA ................................................................................... vi
AGRADECIMENTOS ........................................................................................ vii
RESUMO .......................................................................................................... viii
ABSTRACT ........................................................................................................ ix
SUMÁRIO ........................................................................................................... x
ÍNDICE DE TABELAS ....................................................................................... xv
ÍNDICE DE QUADROS .................................................................................... xvi
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................... xvii
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS ...................................................................... xix
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1
1.1 Justificativa .............................................................................................. 5
1.2 Objetivos ................................................................................................. 5
1.2.1 Objetivo geral ..................................................................................... 5
2.1.1 Objetivos específicos ......................................................................... 6
1.3 Hipóteses ................................................................................................ 6
1.3.1 Hipótese geral .................................................................................... 6
1.3.1 Hipóteses específicas ........................................................................ 6
2 DURABILIDADE DA ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO ................... 8
2.1 Generalidade sobre durabilidade .......................................................... 10
2.2 Origens das manifestações patológicas ................................................ 13
2.1.1 Concepção (Projeto) ........................................................................ 15
2.2.2 Execução (Construção) .................................................................... 15
2.2.3 Utilização(Manutenção) ................................................................... 16
2.3 Principais causas da deterioração do concreto ..................................... 17
2.3.1 Deterioração do concreto por ações físicas ..................................... 18
2.3.1.1 Deterioração ao desgate ........................................................... 18
a) Abrasão ............................................................................................... 18
b) Erosão ................................................................................................. 18
c) Cavitação ............................................................................................. 18
2.3.1.2 Deterioração devido a fissuração .............................................. 19
xi
a) Fissuração pela cristalização de sais nos poros.................................. 19
b) Fissuração devido a ação do congelamento da pasta de cimento ...... 19
2.3.2 Deterioração do concreto por ações químicas ................................. 20
2.3.2.1 Reação de hidrolise causadando a lixiviação do hidróxido de
cálcio.. ....................................................................................................21
2.3.2.2 Reação por troca de cátions ...................................................... 21
a) Formação de sais solúveis de cálcio ................................................... 21
a) Reação com formação de sais de cálcio insolúveis e não expansivo
........................ ....................................................................................... 21
2.3.2.3 Reação envolvendo a formação de produtos expansivos ......... 22
a) Ataque por sulfato ............................................................................... 23
b) Ataque álcali agregado ........................................................................ 23
c) Hidratação retardada de CaO e MgO .................................................. 23
d) Corrosão da armadura ........................................................................ 24
3 CONSIDERAÇÕES SOBRE REPARO EM ELEMENTOS ESTRUTURAIS 26
3.1 Materiais de reparo para estruturas de concreto ................................... 29
3.1.1 Critérios de seleção de materiais para reparo ................................. 31
3.1.1.1 Tensão de retração .................................................................... 32
3.1.1.2 Coeficiente de fluência .............................................................. 32
3.1.1.3 Coeficiente de expansão térmica..................................... ..........,33
3.1.1.4 Módulo de elasticidade .............................................................. 33
3.1.1.5 Coeficiente de Poisson .............................................................. 33
3.1.1.6 Resistêcia a tração .................................................................... 33
3.1.1.7 Desempenho à fadiga ................................................................ 33
3.1.1.8 Aderência .................................................................................. 33
3.1.1.9 Porosidade e resistência ........................................................... 34
3.1.1.10 Reatividade química ................................................................ 34
3.1.2 Descrição dos materiais de reparo................................................... 34
3.1.2.1 Concreto como material de reparo ............................................ 34
a) Concreto impregnado de polímero ...................................................... 36
b) Concreto modificado com polímero ..................................................... 36
c) Concreto polimérico ............................................................................. 37
xii
d) Concreto com sílica ativa .................................................................... 38
e) Concreto com fibras ............................................................................ 38
3.1.2.2 Argamassa ................................................................................ 39
a) Argamassa inorgânica a base de cimento Portland ............................ 39
b) Argmassa orgânica a base epóxi ........................................................ 40
c) Argamassa mista modificada com polímero ........................................ 41
3.1.2.3 Graute ........................................................................................ 42
a) Graute inorgânico ................................................................................ 42
b) Grautes orgânico ................................................................................. 43
3.1.2.4 Adesivos .................................................................................... 43
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL ................................................................... 45
4.1 Revisão bilbiográfica .............................................................................. 46
4.2 Materiais ................................................................................................. 47
4.3 Metodologia 1° etapa ............................................................................. 47
4.3.1 Aquisição dos materiais ................................................................... 48
4.3.2 Caracterização dos materiais ........................................................... 48
4.3.2.1 Cimento ..................................................................................... 48
a) Determinação da massa específica ..................................................... 49
b) Determinação tempo de pega ............................................................. 49
c) Determinação da resistência a compressão ........................................ 49
d) Determinação de tração por compressão diâmetral ............................ 50
4.3.2.2 Agregado miúdo ........................................................................ 50
a) Composição granulométrica ................................................................ 51
b) Módulo de finura .................................................................................. 51
c) Massa especifica ................................................................................. 51
d) Massa unitária ..................................................................................... 51
e) Teor de material pulverulento .............................................................. 52
f) Determinação da umidade ................................................................... 52
g) Determinação do inchamento .............................................................. 52
4.3.2.3 Agregado graúdo ....................................................................... 52
a) Determinação da massa específica e absorção .................................. 52
b) Composição granulométrica ................................................................ 53
xiii
c) Módulo de finura .................................................................................. 53
c) Determinação do material fino ............................................................. 53
4.3.2.4 Água .......................................................................................... 53
4.3.2.5 Aço ............................................................................................ 53
4.3.2.6 Argamassa polimérica estado fresco ......................................... 54
a) Determinação tempo de pega ............................................................. 54
b) Índice de consistência ......................................................................... 54
4.3.2.7 Argamassa polimérica estado endurecido ................................. 54
a) Determinação da resistência a compressão ........................................ 54
b) Determinação da resistência cisalhante .............................................. 55
c) Determinação da tração por compressão diâmetral ............................ 56
4.4 Metodologia 2° etapa ............................................................................. 57
4.4.1 Dosagem do concreto ...................................................................... 57
4.4.1.1 Pré-dosagem ............................................................................. 58
4.4.2 Concreto estado fresco .................................................................... 59
4.4.1.2 Determinação consistência pelo abatimento do tronco de cone.59
4.4.3 Concreto endurecido ........................................................................ 59
4.4.3.1 Ensaio de compressão .............................................................. 59
4.4.3.2 Ensaio de tração por compressão diâmetral ............................. 60
4.4.3.3 Determinação ds resistência ao cisalhamento .......................... 60
4.4.3.4 Determinação da resistência a tração na flexão ........................ 60
4.4.4 Moldagem das vigas ........................................................................ 60
4.4.4.1 Dimensionamento das fôrmas ................................................... 60
4.4.4.2 Moldagem das vigas .................................................................. 61
4.4.4.3 Preparação da vigas para ensaio .............................................. 65
a) Layout reparo ...................................................................................... 65
b) Aparato para fixação do LVDT ............................................................ 67
4.5 Metodologia 3° etapa ............................................................................. 69
4.5.1 Ensaios da vigas .............................................................................. 69
4.5.1.1 Ensaio de tração na flexão ........................................................ 69
4.5.1.2 Resitência a aderência ao cisalhamento na flexão .................... 70
4.5.2 Resistência a aderência por cisalhamento direto ............................. 73
xiv
4.6 Metodologia 4° etapa ............................................................................. 74
5 VIABILIDADE E FINANCIAMENTO ............................................................. 76
6 RESULTADOS ESPERADOS ..................................................................... 77
7 CRONOGRAMA .......................................................................................... 78
8 REFERÊNCIA .............................................................................................. 79
xv
ÍNDICE DE TABELAS
Pág.
Tabela 1. Propriedade dos materiais de reparo. .............................................. 30
Tabela 2. Resumo dos ensaios caracterização agregado miúdo. ........................... 58
Tabela 3. Resumo dos ensaios caracterização agregado miúdo ............................ 54
Tabela 4. Traço em massa. ................................................................................ 59
Tabela 5. Quantitativo de vigas para reparo. ................................................... 61
xvi
ÍNDICE DE QUADROS
Pág.
Quadro 1. Classe de agressividade ambiental. ................................................ 11
Quadro 2. Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do
concreto. .......................................................................................................... 12
Quadro 3. Correspondência entre classe de agressividade ambiental e
cobrimento nominal. ......................................................................................... 13
Quadro 4. Propriedades mecânicas dos materiais de reparo. ......................... 31
Quadro 5. Propriedades mecânicas dos materiais de reparo. ......................... 31
Quadro 6. Planilha orçamentária sintética ....................................................... 76
xvii
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Representação esquemática da classificação da deterioração do
concreto.. .................................................................................................. 18
Figura 2. Célula de corrosão eletroquímica em concreto armado.. .................. 25
Figura 3. Representação esquemática dos tipos de materiais.. ....................... 29
Figura 4. Fluxograma esquemático do programa experimental.. ..................... 46
Figura 5. Fluxograma detalhado 1° etapa.. ...................................................... 48
Figura 6. Representação esquematica da posição do corpo de prova.. .......... 50
Figura 7. Aparato para fixação dos LVDTs.. .................................................... 55
Figura 8. Corpo de prova acoplado nas bases e no aparato.. ......................... 55
Figura 9.Representação esquemática da aplicação da força sobre o corpo de
prova..................................................................................................................56
Figura 10. Fluxograma detalhado 2° etapa.. .................................................... 57
Figura 11. Representação esquematica da forma de madeira......................... 60
Figura 12. Esquema fôrma de madeira vigas grande.. .................................... 61
Figura 13. Dimensões vigas protótipo... ........................................................... 63
Figura 14. Detalhamento da armadura viga prototipo.. .................................... 64
Figura 15. Dimensões viga tamanho real.. ....................................................... 64
Figura 16. Detalhamento da armadura viga tamanho real.. ............................. 65
Figura 17. Geometria trapeizodal reparo... ...................................................... 66
Figura 18. Geometria retangular reparo.. ......................................................... 66
Figura 19. Geometria retangular estendida reparo.. ........................................ 67
Figura 20. Esquema do layout do reparo em vigas de tamanho real.. ............. 67
xviii
Figura 21. Projeto de aparato para fixar o LVDT.. ............................................ 68
Figura 22. Esquema de ensaio de tração na flexão... ...................................... 68
Figura 23. Fluxograma detalhado 3° etapa... .................................................. 69
Figura 24. Esquema de aplicação da carga. .................................................... 70
Figura 25. Tipos de ruptura possíveis . ............................................................ 71
Figura 26. Ensaio de tração na flexão vigas tamanho real.. ............................ 72
Figura 27. Esquema do ensaio aderência no cisalhamento.. ........................... 73
Figura 28. Aparato ensaio de cisalhamento.. ................................................... 74
Figura 29. Fluxograma 4° etapa.. ..................................................................... 74
Figura 30. Cronograma de pesquisa.. .............................................................. 78
xix
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI American Concrete Institute
Al Alumínio
Al2O3 Óxido de alumínio (alumina)
AlO4 Tetraedros de alumínio
ASTM American Society for Testing and Materials Standards
NBR Norma Reguladora Brasileira
Ca (OH)2 Hidróxido de cálcio ou portlandita
CaCO3 Carbonato de cálcio
CaO Óxido de cálcio
CB-18 Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados.
CO2 Dióxido de carbono
H2O Água
% Porcentagem
°C Grau Celsius
Fck Resistência Característica do Concreto à Compressão
MgO Óxido de magnésio
MPa Mega Pascal
NaOH Hidróxido de sódio
O2 Oxigênio
1
1 INTRODUÇÃO
O concreto armado é bastante conhecido pela sua resistência e
durabilidade. Devido a este fato ele é considerado como um dos materiais de
construção mais importantes da atualidade. Logo, acompanhado a essas
características, tem-se tratado como um material não perecível.
Faz-se necessário, então, esclarecer que as estruturas de concreto
armado não são eternas, pois com o passar do tempo elas sofrem ações de
agentes físico-químicos, erros de projetos e de execução que acabam levando
a uma deterioração, prejudicando a vida útil estabelecida em projeto nas
estruturas de concreto armado.
Sabe-se que o concreto na atualidade é uma indispensável parte do
tecido da sociedade moderna, tendo variais utilidades de pavimentos
rodoviárias a construção de barragens e altos edifícios. Apesar de sua longa
história de uso, a nosso compreensão dos compostos constituintes que
fornecem durabilidade e resistência só é realmente desenvolvida em tempos
muito recentes. Houve uma visão comum de que o concreto é durável assim
como de construção livre de manutenção material, no entanto nos últimos
anos, este conceito foi alterado. Muitas investigações têm demonstrado que se
o concreto não for bem executado não irá se comportar como esperado e por
fim acabará se deteriorando (JUMAAT et al, 2006).
Apesar do concreto ser o material de construção mais consumido no
mundo, o conhecimento e divulgação das práticas construtivas adequadas não
acompanharam o crescimento da atividade de construção, ocasionando
seguidos descuidos nas obras e redução da capacidade do concreto em
proteger as armaduras contra corrosão. Com o tempo a tecnologia de
fabricação do concreto foi avançando, com a melhoria das propriedades dos
aditivos, adições e ligantes, possibilitando uma redução significativa nas
seções das peças de concreto armado em função do aumento das resistências
mecânicas (FERREIRA, 1985).
O domínio da execução do concreto nas obras acarretou um menor
controle da produção por parte dos profissionais de engenharia, especialmente
2
em obras de menor porte, muitas vezes delegando-se aos encarregados de
obra, tal controle. Somando-se a exigência por prazos cada vez mais curtos, o
emprego da mão de obra muitas vezes desqualificada, e o empobrecimento
geral da nação como justificativa para adequação de custos e até mesmo as
alterações ambientais promovidas pelo próprio homem, tais como a poluição e
as chuvas ácidas, levam hoje a obras de qualidade discutível, com deterioração
precoce e uma deficiências generalizadas.
A execução das obras não acompanhou o avanço tecnológico. Para
facilitar o lançamento do concreto em peças cada vez mais estreitas e com
taxas de armaduras mais elevadas, passou-se a utilizar concretos mais fluidos
e compostos com materiais mais finos, resultando em um produto final de
qualidade inferior. Esse produto de qualidade inferior está mais sujeito ao
aparecimento de patologias (VASCONCELOS, 2005).
Helene (1992) acredita que patologia pode ser entendida como a parte
da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as
origens dos defeitos das construções civis. O autor afirma ainda que um
diagnóstico adequado e completo é aquele que esclarece todos os aspectos do
problema.
Segundo Azeredo (1997) patologia é a parte da engenharia que estuda
as causas, origens e natureza dos defeitos e falhas que surgem numa
edificação. Após sua manifestação, dependendo da gravidade do caso, a
patologia pode migrar para a lesão que é a consequência final.
Para Souza e Ripper (1998) a patologia na construção civil pode ser
entendida como o baixo, ou o fim do desempenho da estrutura em si, no que
diz respeito à estabilidade e estética.
As patologias em estruturas de concreto armado sempre serão um ponto
negativo que prejudicarão a finalidade das edificações, portanto é importante
voltar à atenção a esse assunto para evitar problemas estéticos e estruturais
indesejáveis.
Segundo Helene (1992), embora o concreto possa ser considerado um
material praticamente eterno, desde que receba manutenção sistemática e
programada, há construções que apresentam manifestações patológicas em
3
intensidades e incidências significativas, acarretando elevados custos para sua
correção. Sempre há comprometimento dos aspectos estéticos e, na maioria
das vezes, na redução da capacidade resistente, podendo, em certos casos,
chegar até ao colapso da estrutura.
A durabilidade das estruturas de concreto está ligada a porosidade e aos
mecanismos de penetração de agentes agressivos. Quanto maiores forem os
fatores que facilitem o ingresso de agentes agressivos no concreto maior será
a deterioração do material. Assim, a porosidade é um dos fatores que mais
influenciam na capacidade de suporte do concreto (VIEIRA et al, 1997).
Para Souza e Ripper (1998) mesmo estruturas bem projetadas,
construídas e corretamente utilizadas podem apresentar sintomas patológicos.
Além disso, muitos são os casos de estruturas que por um motivo ou outro
necessitaram ter sua capacidade portante aumentada. Nestes casos, que
implicam trabalhos de recuperação ou de reforço das estruturas, o
conhecimento dos procedimentos, materiais e técnicas a serem adotadas é de
fundamental importância para que a estrutura tenha realmente a sua
capacidade de carga restaurada.
Na construção civil tem como tendência utilizar cada vez mais sistemas
que garantam proteção às estruturas de concreto, o que tem contribuído para o
surgimento de novos produtos e técnicas de execução (STORTE, 2005). Nesse
momento existe uma grande quantidade de produtos desenvolvidos com
comportamento e propriedade bem diferentes especificamente para cada
situação. Entre as soluções mais adotadas para a recuperação dos problemas
patológicos se utilizam argamassa industrializadas a base epóxi, polimérica ou
concretos com adições minerais.
Existem dificuldades envolvidas no estudo cientifico destes matérias
onde se destacam: 1) cada tipo de família apresentam características químicas,
físicas e mecânicas muito diferentes, o que dificulta o encontro de um material
mais representativo; 2) ensaios mais compatíveis com a situação de campo
necessitam de tempos coerentes com o tempo de exposição real; 3) esse
material encontra-se em desenvolvimento constante, assim sempre haverá
uma nova tecnologia que foge do padrão.
4
Cusson e Mailvaganam (1996) confirmam que a falta de informações
sobre o desempenho de produtos de reparo é um dos grandes responsáveis
pelas falhas em reparo de estruturas de concreto.
O interesse para o fortalecimento e reparação de estruturas de concreto
armado tem aumentado nos últimos anos. Para além dos problemas bem
conhecidos de procedimentos, o reforço das estruturas pode ser também
exigido pela degradação de materiais estruturais (devido a problemas de
durabilidade) ou por um aumento das cargas de projeto. Além disso, existem
infraestruturas importantes, tais como pontes ou túneis, que têm de ser
reparado para evitar os custos sociais relacionados com a demolição e a
reconstrução de novas estruturas (MARTINOLA et al, 2010).
A Associação Brasileira de Normas Técnicas através do Comitê
Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregado (CB-18) começaram em 1993 com
um projeto de normatização da argamassa de reparo, no entanto nenhum texto
foi redigido até então. Esse fato vem a salientar a falta de normatização que
defina ou ainda prescreva as características e propriedades a serem atendidas
pelas argamassas de reparo no Brasil, o que afeta todas as partes
interessadas, desde o produtor que desconhece seu comportamento até os
consumidores.
Nesta pesquisa é proposta uma investigação sobre o comportamento do
desempenho do reparo em estruturas de concreto armado. Serão
confeccionadas vigas de concreto armado que simulam apresentar problemas
patológicos para receber um reparo feito com argamassa polimérica. O
concreto utilizado como substrato é um concreto convencional preparado com
cimento Portland composto com um fck mínimo de 30 Mpa.
A elaboração desse sistema é baseada primeiramente no preparo do
substrato, que no caso seria a confecção das vigas e posteriormente do
preparo da superfície a ser repara. Em seguida utiliza-se argamassa polimérica
como material de reparo.
Deseja-se realizar um ensaio de tração na flexão combinado com uma
analise de aderência para avaliação do desempenho. A análise de aderência
será feita também de forma direta, com corpos de prova moldados para
5
receberem esforços cisalhantes. O ensaio de tração na flexão também servirá
para avaliar a resistência à tração das vigas e a eficiência da geometria do
reparo que também será analisada.
1.1 Justificativa
Com o surgimento de vários problemas nas obras de engenharia,
quebra-se o paradigma de que as estruturas de concreto duram para sempre,
pois elas acabam se danificando com o passar dos anos. Devido às
irregularidades e deficiências de cobrimento, os agentes agressivos atingem a
armadura de forma descontinua e provocam corrosão em áreas localizadas e
limitadas. O mercado da construção civil oferece inúmeros materiais e sistemas
para recuperação, reparo das estruturas de concreto danificado, sempre
tentando garantir sua eficiência. No entanto, a falta de norma especifica para a
fabricação e aplicação, muitas vezes esses produtos são utilizados sem
conhecimento adequado de suas propriedades mecânicas, principalmente no
que se refere a sua capacidade de aderência, por isso este trabalho tem sua
importância para os profissionais da área, pois fornece informações de alguns
materiais e técnicas mais usuais de recuperação em estruturas de concreto
armado. Esta ausência de uma normalização e experiência cientifica, conduz
ao emprego desses materiais baseado somente em informações dos
fabricantes e em experiência pessoais dos aplicadores, o que mostra a
necessidade de um maior numero de pesquisas acadêmicas para preencher o
conteúdo técnico cientifico nesta área.
O trabalho se justifica também pelo ponto de vista dos aspectos
construtivos, uma vez melhorado pode aperfeiçoar sua aplicação, e
consequentemente pode diminuir os custos do reparo uma vez que a execução
foi mais efetiva e sem perdas.
Um reparo bem executado com um bom diagnostico e o material
adequado contribuirá para o aumento da durabilidade da estrutura e seu ciclo
de vida.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
6
O objetivo geral do trabalho é avaliação do desempenho do reparo em
estruturas de concreto armado.
1.2.2 Objetivos específicos
Para os objetivos específicos:
- Avaliar o desempenho mecânico das argamassas poliméricas comerciais;
- Avaliar a influência da geometria do reparo nas propriedades mecânicas
do elemento estrutural;
- Avaliar o comportamento de aderência entre substrato e argamassa
de reparo (método de cisalhamento direto e ensaio de determinação da
resistência à tração na flexão de acordo com a NBR 12142);
- Avaliar o processo construtivo de reparo em estruturas de concreto e
propor novas diretrizes.
1.3 Hipóteses
1.3.1 Hipótese geral
A falta de estudo de desempenho mecânico do compósito concreto
(substrato) com material de reparo pode ser considerada uns dos grandes
motivos para falha do reparo. A grande quantidade de materiais existente e
enorme taxa de renovação com o surgimento de novas tecnologias são
consideradas motivos para não ter um material padronizado.
1.3.2 Hipóteses especificas
- A avaliação das propriedades mecânicas das argamassas poliméricas
fornecem informações mais detalhadas das características que ajudaram na
escolha do material de reparo;
- A propagação das fissuras pode ser restringida variando ou mudando
a geometria retangular do reparo;
- A analise do reparo em elementos com carregamento é importante
para entender o comportamento do reparo em situação de estresse sendo a
aderência uma importante característica que uma argamassa de reparo, logo
a quantificação dessas características é essencial para entender esse
comportamento;
7
- Para cada tipo de patologia e ambiente existe um tipo de argamassa
com características adequadas, a escolha do material adequado pode ser
compatibilizada entendendo quais são as variáveis envolvidas principalmente
as características físicas e químicas do material, isso é possível avaliando o
processo construtivo
8
2 DURABILIDADE DA ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO
A durabilidade das estruturas de concreto é um tema que tem sido
estudado nos últimos anos de forma mais intensa, tendo como objetivo
conhecer os mecanismos de deterioração e degradação com o intuito de
reduzi-lo ou eliminá-los. Para Silva Filho (1994) a maior dificuldade de avaliar a
durabilidade de um material é a ausência de um perfeito entendimento sobre o
que é durabilidade.
A NBR 15575(2013) define durabilidade como a capacidade da
edificação ou de seus sistemas de desempenhar suas funções, ao longo do
tempo e sob condições de uso e manutenção especificadas.
Para Mehta et al (1994) a durabilidade do concreto de cimento Portland
é definida como sua capacidade de resistir à ação de intempéries, ataque
químico, abrasão, ou qualquer outro processo de deterioração. Em outras
palavras, um concreto durável preservará sua forma, qualidade e capacidade
de uso original quando exposto ao ambiente de uso para qual foi projetado.
Nenhum material é propriamente durável. Como resultado de interações
ambientais, a microestrutura e, consequentemente, suas propriedades mudam
com o tempo. Um material atinge o fim de sua vida útil quando suas
propriedades, sob determinadas condições de uso, tiverem se deteriorando de
tal forma que a continuação de sua utilização se torna insegura e
antieconômica (MEHTA et al, 1994).
Neville (2001) afirma que a durabilidade de uma estrutura significa que
ela terá desempenho continuo satisfatório, para as finalidades para a qual foi
projetada, isto é, que manterá sua resistência e condições normais de serviço
durante a vida útil especificada ou esperada. No entanto essa definição implica
no conhecimento dos processos de deterioração no qual o concreto estará, nas
condições ambientais reais da estrutura, durante o seu tempo de duração.
Andrade (1992) afirma que existem dois fatores que influenciam de
forma muito significativa às características de durabilidade: a própria estrutura,
onde o nível de durabilidade depende das medidas que são tomadas durante
seu processo de produção; e o meio ambiente que determina as condições de
exposição onde à mesma estará inserida.
9
Segundo Neville (1997), a manutenção não pode ser deixada de lado,
pois a sua completa ausência ou sua má utilização pode causar problemas
durante a vida útil da edificação, sendo que os materiais que compõem o
concreto possuem tempo de utilização diferente, logo a manutenção tem
grande importância na obtenção de um desempenho satisfatório.
Silva Filho (1994) afirma que embora haja atualmente uma preocupação
maior com o fator durabilidade, durante muito tempo se tem projetado
estruturas de concreto levando em conta somente critérios como o
desempenho mecânico, dando importância à resistência a compressão e
critérios econômicos. A consideração das analises isoladas desses fatores e a
pouca importância a fatores externos ambientais a que a estrutura será
submetida levará a ocorrência de uma serie de problemas de durabilidade.
Os aspectos relacionados com a durabilidade e desempenho que as
estruturas deveriam apresentar durante a sua vida útil não eram levados em
consideração, pois se imaginava que o concreto manteria suas propriedades
praticamente inalteradas ao longo do tempo tais paradigmas caíram por terra
quando apareceram elevados índices de degradação das estruturas
(HOFFMANN, 2001).
Em relação ao custo de reparo, Helene (1995) ressalta que todas as
medidas do ponto de vista econômico, visando à durabilidade, tomadas em
nível de projeto são sempre mais convenientes, seguras e de menor custo que
medidas de intervenção posteriores: os custos tendem a crescer
exponencialmente com o tempo.
Segundo Monteiro et al (2000) os engenheiros estão ficando cada vez
mais conscientes da importância de se incluir o fator da durabilidade das peças
de concreto no memorial de calculo, nas especificações e nos projetos de
novas estruturas, até que um dia se elimine a tendência de especificar a
resistência aos 28 dias como único parâmetro no projeto de concreto armado.
Para Helene (1995) o conceito de durabilidade é de difícil quantificação,
o conceito de vida útil pode ser utilizado como sinônimo e a determinação da
vida útil nada mais é que a previsão da deterioração das estruturas baseadas
10
em três aspectos: nas características dos materiais, nas condições de
exposição e nos modelos de deterioração.
Como resultado das interações ambientais, a microestrutura, e
consequentemente, as propriedades dos concretos, mudam com o passar do
tempo. Uma das maiores dificuldade em estudas durabilidade de uma dada
estrutura é justamente a variabilidade deste ambiente agressivo. Admite-se que
um material atinge o fim de sua vida útil quando suas propriedades deterioram
a um ponto que a continuação do uso deste material é considerada como
insegura ou antieconômica (SILVA FILHO, 1994).
2.1 Generalidade sobre durabilidade
O concreto armado é bastante utilizado como material estrutural devido
sua capacidade de resistência e durabilidade, devido a isso foi bastante
utilizado por muitos anos para construção de casas até construções de pontes
e barragens. Com isso o que se observa é que existem poucos trabalhos de
manutenção e reparo em estruturas de concreto que foram bem executadas, a
menos que sejam expostas a ambientes extremamente agressivos. A opinião
comum, que o concreto é uma construção durável, livre de manutenção
material foi alterado nos últimos anos, há um grande número de estruturas de
concreto que se deterioram, ou tornar-se inseguro devido à insuficiência de
detalhamento do projeto, construção e qualidade da manutenção, a
sobrecarga, ataques químicos, abrasão, efeito da fadiga, efeitos atmosféricos
(JUMAAT et al, 2006).
Os problemas de durabilidade geralmente aparecem quando os
materiais deterioram-se no início. Apesar das deteriorações de material não
apresentar um problema imediato de segurança, eles vão progressivamente
levar a danos estruturais, o que coloca um perigo potencial para as estruturas
(TANG, et al 2015).
Para resolver os problemas de durabilidade, muitos pesquisadores têm
conduzido profundos estudos sobre estas questões. Os estudos com os mais
diversos temas como carbonatação, reação álcali agregado, corrosão, ataque
de sulfato, lixiviação de CH e congelamento-descongelamento. Como
11
observado por pesquisadores, na maioria dos casos, a degradação de uma
estrutura de concreto é um resultado do efeito combinado de fatores
ambientais múltiplos e carregamento. Por isso, muitos pesquisadores têm
alargado o seu trabalho a partir de uma carga mecânica simples ou um fator
ambiental aos efeitos combinados de vários fatores (TANG, et al 2015).
O concreto é um material permeável, onde agente agressivo difusa até o
aço fazendo com que a sua despassivação e à corrosão, quando a umidade e
oxigênio estão disponíveis. O concreto também é frágil e sempre contém
microfissuras. Quando essas micro fissuras combina em uma rede com macro
rachaduras, o mecanismo que prevalece para o transporte desses agentes não
é a difusão e sim a permeação de água e de agentes agressivos através da
água através das rachaduras (GUETTALA et al 2006).
Segundo a NBR 15575 (2013) para as estruturas e os elementos que
fazem parte do sistema estrutural, que tem grande influenia com a seguraça e
estabilidade global da edificação devem ser projetado e construído de modo
que, sob as condições ambientais prevista na época do projeto e submetidos a
intervenções peiodicas de manuntença e conservação.
Ainda sobre durabilidade, a NBR 6118:2014 traz outra definição: a
agressividade ambiental, conforme apresentado no Quadro 01. “A
agressividade ambiental do meio ambiente está relacionada às ações físicas e
químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independente das ações
mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração
hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto”.
Quadro 01 – Classe de agressividade ambiental
Classe de agressividade
ambiental Agressividade
Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de
projeto
Risco de deterioração da estrutura
I Fraca
Rural
Insignificante Submersa
II Moderada Urbana Pequeno
III Forte Marinha Grande
12
Industrial
IV Forte
Industrial
Elevado Respingos de maré
Fonte: NBR 6118, 2014.
A NBR 6118:2014 relaciona a agressividade ambiental com o fator
água/cimento e a resistência à compressão, Quadro 02, e a cobertura mínima
das armaduras, Quadro 03, com a finalidade de estabelecer um critério mínimo
de segurança. “Ensaios comprobatórios de desempenho da durabilidade da
estrutura frente ao tipo e nível de agressividade previsto em projeto devem
estabelecer os parâmetros mínimos a serem atendidos. Na falta destes e
devido à existência de uma forte correspondência entre a relação
água/cimento, a resistência à compressão do concreto e sua durabilidade,
permite-se adotar os requisitos mínimos expressos no Quadro 02.”
Quadro 02– Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto
Concreto Tipo
Classe de agressividade
I II III IV
Relação
água/cimento em
massa
CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45
CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45
Classe de concreto
(NBR 8953)
CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40
CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40
Fonte: NBR 6118, 2014.
13
Quadro 03– Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento
nominal
Tipo de estrutura Componente ou
elemento
Classe de agressividade ambiental
I II III IV
Cobrimento nominal (mm)
Concreto armado Laje 20 25 35 45
Viga/Pilar 25 30 40 50
Concreto
protendido Todos 30 35 45 55
Fonte: NBR 6118, 2014.
Para evitar ao máximo as patologias é necessário atuar em todas as
fases, em todo ciclo de vida da construção: projeto, execução da obra,
inspeção e manutenção. Além de outros cuidados com a composição do traço
e do concreto, é necessário adotar procedimentos adequados para o manejo
do concreto. Porém, o cuidado com a manutenção é também muito importante.
2.2 Origens das manifestações patológicas
O desenvolvimento de concreto como um material de construção
remonta a milhares de anos enquanto o aço era introduzido para reforçar o
concreto há dois séculos. Houve um tremendo avanço na utilização do
concreto armado para a construção durante este período. Embora a maioria
das estruturas de concreto tenha realizado satisfatoriamente, diversos
problemas têm sido relatados devido a uma ou mais das seguintes causas: (i)
qualidade inadequada de materiais, (ii) as especificações incorretas, (iii) projeto
defeituoso, (iv) erros no processo de construção, e (v) a exposição de
estruturas de extrema condições ambientais (SHASH, 2005).
Objetivamente, as causas da deterioração podem ser as mais diversas,
desde o envelhecimento natural da estrutura até os acidentes, e até mesmo a
irresponsabilidade de alguns profissionais que optam pela utilização de
14
requisitos que fogem às especificações e normas cabíveis, justificando-se, na
maioria das vezes por razões econômicas (SOUZA e RIPPER, 1998).
Deterioração do concreto na maioria das estruturas é manifestada por
rachaduras. Esse tipo de rachaduras ocorre quando o esforço solicitante é
superior à resistência a tração. Eles podem afetar a aparência ou podem
indicar significativa ruina estrutural ou uma falta de durabilidade. As rachaduras
podem representar a extensão total dos danos, ou podem apontar para
problemas em curso de maior magnitude (SHASH, 2005).
A combinação da qualidade do concreto, cobertura e espessura são,
aparentemente, os parâmetros mais importantes que controlam a taxa de
carbonatação e penetração cloreto. As estratégias de proteção incluem o
aumento da cobertura de concreto, revestimento de vergalhões, inibidores de
corrosão e uso de aço inoxidável. A deterioração do concreto causada por
congelamento e descongelamento está intimamente ligada à presença natural
de agua em concreto, mas não pode ser explicada simplesmente pela
expansão da água sobre o congelamento. Em geral, a perda de massa ou
diminuição do modulo de elasticidade é usado como índices de degradação
(TANG et al, 2005).
Botelho (1983) afirma que o surgimento de problema patológico em dada
estrutura indica, em última instância, e de maneira geral, a existência de uma
ou mais falhas durante a execução de uma ou mais etapas da construção,
além de apontar para falhas também no sistema de controle de qualidade
própria a uma ou mais atividades.
Segundo Souza e Ripper (1998) tirando os casos correspondentes à
ocorrência de catástrofes naturais, em que a violência das solicitações, aliada
ao caráter marcadamente imprevisível das mesmas, será o fator
preponderante, os problemas patológicos têm suas origens motivadas por
falhas, que ocorrem durante a realização de uma ou mais, das atividades
inerentes ao processo genérico, processo este que pode ser dividido, em três
etapas básicas: concepção, execução e utilização.
Em nível de qualidade, exige-se, para a etapa de concepção, a garantia
de plena satisfação do cliente, de facilidade de execução e de possibilidade de
15
adequada manutenção; para a etapa de execução, será a de garantir o fiel
atendimento ao projeto, e para a etapa de utilização, é necessário conferir a
garantia de satisfação do usuário e a possibilidade de extensão da vida útil da
obra (SOUZA e RIPPER, 1998).
2.2.1 Concepção (projeto)
Segundo Andrade (1997) e Helene (1995), é nessa etapa que é
estabelecido a relação a/c adequada a determinadas condições de exposição,
tipo e consumo de cimento e das armaduras, geometria da estrutura,
características do agregado, entre outros parâmetros que são de fundamental
importância para a garantia de durabilidade e resistência.
Segundo Souza e Ripper (1998), as possíveis causas de falhas que
podem ocorrer durante essa etapa são aquelas originadas de um estudo
preliminar deficiente, ou de anteprojetos equivocados, enquanto que as falhas
geradas na realização do projeto final geralmente são as responsáveis pela
implantação de problemas patológicos sérios e podem ser por diversos fatores,
como:
- Especificação inadequada de materiais;
- Detalhamento insuficiente ou errado;
- Detalhes construtivos impraticáveis;
- Falta de padronização das representações;
- Erros de dimensionamento.
2.2.2 Execução (construção)
Para Ripper (1996), nesse aspecto, fazem-se necessárias duas
observações. A primeira diz respeito à sequência natural do processo genérico,
ou seja, deve-se iniciar a execução após o término da concepção. Embora seja
o ideal, raramente é o que de fato ocorre mesmo em obras mais criteriosas, e
que vem se tornando uma prática comum, a modificação de projeto com a
justificativa de serem necessárias certas mudanças para facilitar a construção.
A segunda observação diz respeito ao processo industrial denominado de
construção civil, completamente atípico quando se olha a atividade industrial,
pois nesta os componentes passam pela linha de montagem e saem como
16
produtos terminados. Enquanto na construção civil os componentes são
empregados, em determinadas atividades, em locais de onde não mais sairão
que seguem, de grosso modo, o roteiro normal da produção industrial a menos
da etapa de montagem final.
Segundo Bauer (1994), uma vez iniciada a construção podem ocorrer
falhas das mais diversas naturezas, associadas a causas tão diversas como a
falta de condições locais de trabalho, a não capacitação de profissional de mão
de obra, a desistência do controle de qualidade da execução, a má qualidade
de materiais e componentes, a irresponsabilidade técnica.
Para Helene (1992), as estruturas, os materiais e componentes, em sua
grande maioria, têm sua qualidade e forma de aplicação normatizada.
Entretanto, o sistema de controle, no que se refere ao construtor, tem se
mostrado bastante falho, e a metodologia para a fiscalização e aceitação dos
materiais, não é, em regra geral, aplicada, sendo este mais um fator que
demonstra a fragilidade e a má organização da indústria da construção, assim
como evidencia a posição subalterna que esta ocupa em relação à indústria de
materiais e componentes.
Com tudo isso, são bastante comuns os problemas patológicos que têm
origem inadequada na qualidade dos materiais e componentes, como:
- Falhas na armação (estribos, ancoragem, emendas, cobrimento e
espaçamento);
- Falhas na concretagem (lançamento, adensamento, cura, fôrmas,
juntas de dilatação, desfôrma e descimbramento);
- Diferença entre a planta de armação e a lista de ferro;
- Deslocamento da armadura da posição correta;
- Presença de agentes agressivos incorporados.
2.2.3 Utilização (manutenção)
De acordo com Souza e Ripper (1998), mesmo que as etapas de
construção e execução tenham sido realizadas corretamente, as estruturas
podem vir a apresentar problemas patológicos originados da utilização errônea
ou da falta de um programa de manutenção adequado.
17
Os problemas patológicos ocasionados por manutenção inadequada, ou
pela ausência total de manutenção, têm sua origem ligada ao desconhecimento
técnico ou por optar por produtos de qualidade inferior e de menor custo.
Segundo Souza e Ripper (1998), de certa forma uma estrutura poderá
ser vista como um equipamento mecânico que, para ter sempre bom
desempenho, deve ter manutenção eficiente, principalmente em partes onde o
desgaste e a deterioração serão potencialmente maiores.
Os procedimentos inadequados durante a utilização podem ser divididos
em dois grupos: ações previsíveis e ações imprevistas ou acidentais. Nas
previstas, podemos compreender o carregamento excessivo, devido à ausência
de informações no projeto e/ou inexistência de manual de utilização. No caso
das ações imprevisíveis temos alterações das condições de exposição das
estruturas, incêndios abalos por obras vizinhas, choque acidentais, etc.
2.3 Principais causas da deterioração do concreto
Os principais problemas de durabilidade em concreto armado inclui
reação álcali-agregado, ataque de sulfato, corrosão do aço e congelamento e
descongelamento. A reação álcali-agregado (AAR) na estrutura de concreto é
uma reação entre álcalis em solução de poros e alguns produtos químicos
ativos de agregados; ataque de sulfato é um dos principais fatores que causam
a deterioração de expansão da estrutura de concreto. Tal expansão é atribuída
a reações de íons de sulfato com alguns produtos de hidratação em estrutura
de concreto; a corrosão do aço de reforço é considerada como uns dos
problemas mais grave que envolve a durabilidade em engenharia de
construção, a eliminação do grau de corrosão do aço é considerada um
processo bem dificultoso (TANG et al, 2005).
Para Mehta e Monteiro (1994), Neville (1997) e Souza e Rapper (1998)
as principais causa da deterioração pode ser dividido em dois grandes grupos.
Na Figura 1 é mostrada, esquematicamente, essa a classificação demostrando
as causas físicas e as causas químicas.
18
Figura 1. Representação esquemática da classificação da deterioração do concreto.
Fonte (MEHTA e MONTEIRO, 1994.)
2.3.1 Deterioração do concreto por ações físicas
Para Mehta e Monteiro (1994) as causa de deterioração física – ou
mecânicas – são agrupadas em duas categorias: deterioração por causa do
desgaste a superfície e deterioração devido as fissuração.
2.3.1.1 Deterioração devido ao desgaste da superfície
Esse tipo de deterioração ocorre com perda gradativa de massa partindo
da superfície do concreto, podendo ocorre das seguintes formas:
a) Abrasão
Perda de massa devido ao esforço seco. Um exemplo e o caso dos
pavimentos e pisos industriais em virtude do trafego de veículos.
b) Erosão
Termo normalmente usado para descrever o desgaste pela ação
abrasiva de fluidos contendo partículas sólidas em suspensão. Pode ocorrer
em estruturas hidráulicas, como em revestimentos de canais, vertedouros e
tubulações para o transporte de agua e esgoto.
c) Cavitação
19
Perda de massa pela formação de bolhas de vapor e sua subsequente
ruptura em virtude das mudanças repentinas de direção em aguas que fluem
com alta velocidade.
2.3.1.2 Deterioração devido à fissuração
A fissuração pode ser considerada um dos sintomas patológicos mais
importantes na construção civil. De acordo com Canovas (1998) as fissuras
com abertura inferior a 0,05 mm são consideradas como microfissuras por não
serem perceptíveis a olho nu; as fissuras entre 0,12 e 0,20mm não costumam
oferecer perigo de corrosão das armaduras, claro que considerando um
ambiente não agressivo.
a) Fissuração pela cristalização de sais nos poros
A cristalização de sulfatos nos poros do concreto pode ser responsável
pelos danos consideráveis. Isso acaba ocorrendo em estruturas que estão em
contato de um lado com uma solução salina e do outro lado sujeita a
evaporação, o material pode se deteriorar por tensões resultantes da pressão
de sais que cristalizam nos poros, essas pressões são grandes suficientes para
produzir fissuração, já que o concreto não resiste a grandes tensões de tração.
b) Fissuração devido à ação do congelamento da pasta de cimento
Quando a água começa a congelar em uma cavidade capilar, o aumento
de volume que acompanha o congelamento da água requer uma dilatação da
cavidade igual a 9% do volume de agua congelada, ou a saída desta agua
através de fronteiras do material está associada a este fenômeno de expansão,
fissurações diversas.
Em relação aos extremos de temperatura, quando o concreto é
submetido ao fogo ocorre à decomposição de componentes da pasta e do
agregado. Em relação a esse fato o concreto pode resistir a temperaturas entre
300 e 400°C, mantendo sua resistência e caindo depois mais rapidamente.
Quando a temperatura atingir 870°C, a resistência à compressão do concreto
fica reduzia de 27 Mpa antes da exposição.
20
De acordo com Neville (1997) e Souza e Ripper (1998) vários são os
fatores que podem levar a fissuração do concreto desde o estado plástico ao
estado endurecido. No estado plástico pode ser citado:
- Fissuras de retração plástica;
- Fissuras de assentamento plástico;
- Fissuras de retração térmica;
- Fissuras por secagem rápida;
- Fissuras de sedimentação pelo impedimento da armadura;
- Fissuras de sedimentação pelo impedimento do agregado;
- Fissuras por movimentação da fundação ou da fôrma.
No estado endurecido temos:
- Fissuras por movimentação térmica;
- Fissuras por movimentação higroscópica;
- Fissuras pela atuação de sobrecargas;
- Fissuras por deformabilidade excessiva de estruturas de concreto
armado;
- Fissuras por recalque da fundação;
- Fissuras por retração de produtos a base de cimento;
- Fissuras pela cristalização de sais nos poros.
2.3.2 Deterioração do concreto por ações químicas
A resistência do concreto a processos destrutivos iniciados por reações
químicas envolve geralmente, mas não necessariamente, interações químicas
entre agentes agressivos presentes no meio externo e os constituintes da pasta
de cimento.
Entre as exceções estão às reações álcali-agregados que ocorre entre
os álcalis presente na pasta de cimento e certos tipo de minerais reativos
quando presentes no agregado, hidratação do CaO e MgO cristalinos, se
presente em quantidades excessivas no cimento Portland e corrosão
eletroquímica da armadura.
As grandes quantidades de íons de Na+, K+ e OH- são responsáveis pelo
alto valor do pH, de 12,5 a 13,5 do fluido nos poros das pastas de cimento
Portland. Quando se fala de concreto qualquer meio de pH menos que 12,5
21
pode ser qualificado como agressivo, pois a redução da alcalinidade do fluido
dos poros levaria a uma desestabilização dos produtos cimentíceos de
hidratação.
Segundo Garcia (1999) e Mehta e Monteiro (1994) existem três
situações em que as reações químicas ocorrem em interação com a pasta de
cimento já endurecida:
2.3.2.1 Reação de hidrólise causando a lixiviação do hidróxido de cálcio
Águas que contem pouca ou nenhuma quantidade de cálcio, quando em
contato com a pasta de cimento Portland, causam à lixiviação do hidróxido de
cálcio (CaO) expondo outros componentes do cimento a decomposição
química. Além da perda de resistência, a lixiviação do hidróxido de cálcio do
concreto pode ser considerada indesejável por razões estéticas, pois o produto
lixiviado reage com o CO2 presente no ar e resulta na precipitação de crostas
brancas de carbonato de cálcio da superfície, fenômeno conhecido como
eflorescência.
2.3.2.2 Reação por troca de cátions
São três tipos de reações deletérias que podem ocorre entre soluções
químicas e componentes da pasta de cimento Portland:
a) Formação de sais solúveis de cálcio
Soluções ácidas contendo ânions que formam sais solúveis de cálcio
são encontradas frequentemente na prática industrial. Por exemplo, ácidos
hidroclórico podem estar presentes em efluentes da indústria química. Ácido
acético em produtos alimentícios; ácido carbônico, H2CO3 em refrigerantes e
CO2 em aguas naturais.
A reação por troca de cátions entre as soluções de cálcio e os
constituintes da pasta de cimento geram sais solúveis de cálcio, tais como
cloreto de cálcio, acetato de cálcio e bicarbonato de cálcio, que são removidos
por lixiviação.
b) Reação com formação de sais de cálcio insolúveis e não expansivos
22
Certos ânions, quando presentes em agua agressiva, podem reagir com
a pasta de cimento para formar sais insolúveis de cálcio; sua formação pode
não causar dano ao concreto a não ser que o produto da reação seja
expansivo, ou removido por erosão devida ao fluxo de soluções. Os produtos
da reação entre o hidróxido de cálcio e ácidos oxálico, tartárico e fluorídrico
pertencem à categoria de sais de cálcio insolúveis e não expansivos.
Ataque químico por soluções contendo sais de magnésio: cloreto, sulfato
ou bicarbonato de magnésio é encontrado frequentemente em aguas
subterrâneas, agua do mar e alguns efluentes industriais. As soluções de
magnésio acabam reagindo com o hidróxido de cálcio para formar sais solúveis
de cálcio. Com contato prolongado com as soluções de magnésio, o C-S-H na
pasta do cimento Portland hidrata gradualmente perde os íons de cálcio que
são substituídos por íons de magnésio, formando um hidrato de silicato de
magnésio, cuja formação se associa com a perda de característica cimentícia.
2.3.2.3 Reação envolvendo a formação de produtos expansivos
Tipo de reação que leva a formação de produtos expansivos que leva ao
surgimento de tensões internas que ao final se manifestam pela oclusão de
juntas de expansão, deformação e deslocamento em diferentes partes da
estrutura, fissuração, lascamento, e pipocamento.
Os quatros fenômenos associados com reações químicas expansivas
são: ataque por sulfato, ataque álcali-agregado, hidratação retardada de CaO e
MgO livres e corrosão da armadura.
a) Ataque por sulfato
Sais sólidos de sulfato não atacam o concreto, somente quando estão
dissolvidos podem reagir com o concreto. O sulfato de amônia, por exemplo,
pode estar presentes em aguas industriais e no solo. Efluentes de postos de
combustíveis e indústrias químicas podem conter acido sulfúrico. A
decomposição de material orgânico pode conter H2S.
A água do mar pode ser considerada como um dos agentes mais
problemáticos.
23
Podendo ocorre o ataque do cimento, na reação do sulfato de cálcio com
o Ca(OH2) e com o aluminato tricálcico hidratado. Os produtos dessa reação, o
gesso e o sulfoaluminato de cálcio (3Cao.Al2O3.3CaSO4.31H2O - chamada de
etringita) tem um volume consideravelmente maior do que os compostos
iniciais, de modo que as reações com os sulfatos leva a expansão. Segundo
Neville (1997) a formação de etringita por sulfato de cálcio ocorre no concreto
endurecido, muitas vezes provocando a desagregação do concreto: portanto
essa reação às vezes é mencionada como expansão de etringita retardada.
b) Ataque álcali-agregado
Definida como uma reação que ocorre entre um constituinte
mineralógico dos agregados com os hidróxidos alcalinos (proveniente dos
cimentos, água de amassamento, agregado, algumas adições minerais e
agentes externos) dissolvidos na solução dos poros do concreto. O produto
dessa reação é um gel higroscópico com característica expansiva. Tal
característica é responsável por movimentações diferenciais nas estruturas,
fissurações, pipocamento, redução na resistência à tração e compressão do
concreto.
De acordo com Garcia (1999) classifica-se em três as reações
envolvendo álcalis: reação álcali-sílica que envolve a presença de sílica
amorfa; reação álcali-silicato onde envolve silicatos presentes nos feldspatos,
argilosos, algumas rochas sedimentares; e por fim a reação álcali-carbonato
envolvendo certos calcários dolomiticos e as soluções alcalinas presentes nos
poros do concreto.
c) Hidratação retardada de CaO e MgO
O fenômeno de hidratação, tanto do periclásio (MgO) quanto do CaO,
quando presentes em quantidades substanciais no cimento, podem causar
expansão e fissuração no concreto. Atualmente o fenômeno de expansão em
virtude da presença do CaO cristalino no cimento Portland é raro, pois os
avanços incorporados no controle de manufatura assegurem que o conteúdo
de CaO não combinado ou cristalino não exceda a 1%. Acima de 2,8% há risco
de ocorrer expansão consideráveis.
24
d) Corrosão da armadura
É considerado um dos problemas mais comum relacionado com a
deterioração das estruturas de concreto, causado frequentemente por
contaminação de cloreto e a carbonatação. Trata-se de um processo
eletroquímico podendo ser acelerado pela presença de agentes agressivos
externos como ácidos. Para que a corrosão se manifeste é necessário que haja
oxigênio, umidade (água) e o estabelecimento de uma célula de corrosão
eletroquímica que ocorre após a despassivação da armadura.
A água sempre estará presente no concreto em quantidade suficiente
para atuar como eletrólito, principalmente em locais onde a estrutura está
exposta a intempéries. Certos produtos de hidratação do cimento como o
hidróxido de cálcio Ca(OH)2 (portilandita) que é solúvel em água, também
formam nos poros e capilares uma solução saturada que constitui um bom
eletrólito (HELENE, 1995).
A temperatura próxima à temperatura ambiente, o aço corrói apenas na
presença de água, seguindo as reações:
Fe Fe++ + 2e- (reação de oxidação, anódica)
2H- + 2e- H2 (reação de redução, catódica)
O2 + 2H2O + 4e- 4OH- (reação de redução, catódica)
Desta forma, cria-se um efeito de pilha, como demostrado na Figura 2,
onde a corrosão instala-se pela geração de uma corrente elétrica dirigida do
anodo para o catodo, através da água, e do catodo para o anodo, através da
diferença de potencial. No caso do concreto armado, as regiões de menor
concentração de O2 são as anódicas Da combinação do cátion Fe+ + com os
ânions (OH)- resulta o hidróxido ferroso, de cor amarelada, depositado no
anodo; no catodo deposita-se o hidróxido férrico, de cor avermelhada. Estes
dois produtos constituem a ferrugem, evidência mais clara da corrosão do aço
(SOUZA e RIPPER. 1998).
25
Figura 2 - Célula de corrosão eletroquímica em concreto armado.
Fonte (SOUZA E RIPPER, 1998).
A transformação do aço metálico em ferrugem é acompanhada por um
aumento no volume o qual, dependendo do estado de oxidação, pode ser de
até 600 por cento do metal original, sendo esse aumento de volume a causa
principal da expansão e fissuração do concreto (HELENE. 1992).
26
3 CONSIDERAÇÕES SOBRE REPARO EM ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE
CONCRETO ARMADO
O reparo e a reabilitação de estruturas de concreto armado são
essenciais não só para o uso (como caracterizado no seu ciclo de vida), mas
também para garantir a segurança e integridade dos componentes associados
de modo que eles possam desenvolver suas funções básicas. Um bom estado
de conservação melhora a função e desempenho bem como restaura a força e
rigidez, melhora também a aparecia da superfície do concreto impedindo que
substancias agressivas penetre e cause corrosão no aço (AL-DULAIJAN et al,
2002).
Reparação de estruturas em concreto degradado é essencial não só
para utilizá-los para o seu serviço de vida pretendido, mas também para
garantir a sua segurança e facilidade de manutenção. Uma reparação bem feita
melhora a função e o desempenho de uma estrutura restaurando ou
aumentando a sua resistência e rigidez, melhora a aparência da superfície de
concreto, fornece estanqueidade, impede a entrada de umidade, oxigênio,
cloreto, o dióxido de carbono, etc., para o reforço aço, e melhora a sua
durabilidade (SHASH, 2005).
Segundo Souza e Ripper (1998) existem diferença entre o significado
dos termos reparo, reconstituição, reforço e reconstrução. O reparo significa a
reconstituição dos fragmentos danificados da estrutura quanto o fluxo dos
esforços internos não é afetado, e os estado limite último e de utilização são
satisfeitos. A reconstituição renova os elementos estruturais completamente
danificados, que cessaram de desempenhar seu papel estrutural devido à
deterioração. A reconstituição retoma ou restitui o estado inicial dos esforços
internos e as funções de desempenho e serviço da estrutura. O reforço adapta
o elemento estrutural para produzir aumento na sua capacidade de
carregamento, o que normalmente causa a redistribuição dos esforços internos.
Pode ser obtido, por exemplo, com o aumento da seção transversal do
elemento, aplicação de armaduras, protensão, entre outros. A reconstrução
geralmente significa a mudança do esquema estrutural com o objetivo de
27
modificar o projeto inicial e assim as funções dos elementos. Está ligado com a
redistribuição das forças internas.
A reparação e o trabalho de reabilitação das estruturas de concreto
podem ser genericamente classificados em duas categorias: reparo em que os
danos devido à deterioração e a fissuração são corrigidos para restaurar a
forma inicial da estrutura, e o reparo que é necessário para reforçar a
capacidade estrutural de um membro cuja capacidade de carga ou foi
inadequado ou cuja força tem sido severamente prejudicada. Enquanto o
primeiro é essencialmente uma restauração destinada a dar cumprimento
manutenção e critério de integridade estrutural, a segunda categoria lida
principalmente com o aumento da força, e, portanto, está em conformidade
com critério de resistência (SHASH, 2005).
O reparo de uma estrutura de concreto consiste em restabelecer as
condições originais de segurança ou funcionalidade da estrutura, restaurando
as características previstas no projeto e corrigindo possíveis erros de
construção, como também conferir atributos de durabilidade compatível com a
importância da estrutura, do meio ao qual está exposta e com sua vida útil
(ANDRADE, 1992).
Cusson e Mailvaganam (1996) salientam para a falta de informações
sobre o desempenho de produtos de reparo e consideram isto a umas das
causas de insucesso nos reparos das estruturas nos EUA.
Segundo Helene (1992) a escolha dos materiais e da técnica de
correção a ser aplicada depende do diagnostico da patologia, das
características da região a ser corrigida, sendo o tipo de exposição da estrutura
um dos fatores mais importantes, assim também como as exigências de
funcionamento do elemento que vai ser objeto da correção. Por exemplo: nos
casos de elementos estruturais que necessitam ser colocadas em carga após
algumas horas da execução da correção, pode ser necessário e conveniente
utilizar sistemas a base epóxi ou poliéster. Nos casos de prazos um pouco
mais dilatados (dias), pode ser conveniente utilizar argamassas e grautes de
base mineral e, nas condições normais de solicitação (após 28 dias) os
materiais podem ser argamassas e concretos adequadamente dosados.
28
Monteiro et al (2000) cita que é indispensável compatibilizar as
propriedades físicas, químicas dos matérias de reparo com as do substrato
onde serão aplicados, ao que se pode chamar genericamente de
compatibilidade, isto é, reparos localizados devem resistir ás tensões induzidas
por cargas, mudanças de volume, reações químicas na interface com as
armaduras e com ambiente.
Existem inúmeras estruturas de concreto a ser reparadas, e ainda não
se dispõe de regulamentação especifica ou métodos normalizados para
reparos, e como as incertezas quanto ao desenvolvimento da degradação por
agentes agressivos é fato ainda presente, a responsabilidade de trabalhos de
reparo de estruturas fica condicionada a experiência dos técnicos quer em nível
de projeto, quer em nível de execução (ARANHA1994).
Para que seja alcançada a vida útil de projeto (VUP) para a estrutura e
seus elementosdevem ser previstas e realizadas manutenções preventivas
sistemáticas e, sempre que necessárias manutenções com caráter corretivo.
Estas últimas devem ser realizadas assim que o problema se manifestar,
impedindo que pequenas falhas progridam às vezes rapidamente para
extensas patologias (NBR 15575, 2013).
Porém, no Brasil, nem os fabricantes, nem especialistas conseguiram
ainda reunir a sua experiência nesta área e elaborar uma normalização básica
referente à especificação de argamassa de reparo e os procedimento
recomendáveis para execução de reparos localizados em estruturas de
concreto, e isto afeta tanto a indústria, que tem dificuldades em padronizar
propriedades e níveis de desempenho a serem atingidos pelos seus produtos
quanto a profissionais, que podem praticar especificações inadequadas, devido
à variedade de técnicas e produtos existentes (BERTOLO et al 2005).
A recente norma Europeia EN 1504, trata da proteção e reparo das
estruturas de concreto, onde os principais grupos relativos a produtos e
sistemas de reparo são:
• Sistemas de proteção de superfícies;
• Argamassas e concretos para reparos estruturais e não estruturais;
• Aderência estrutural;
29
• Injeção para concreto;
• Grautes para ancoragem de armaduras e para preenchimento de
vazios extemos;
• Prevenção da corrosão das armaduras.
3.1 Materiais de reparo para estrutura de concreto
O que sempre está em discursão são os vários tipos de materiais de
reparo que foram utilizados recentemente para as muitas operações de
renovação de sucesso. Os materiais podem ser classificados em materiais à
base de cimento, materiais à base de polímero argamassa, materiais baseados
em polímeros de concreto, materiais orgânicos à base de polímero, Materiais
Compósitos (reforçado com fibra de polímero, fibra pulverizada, compósitos
poliméricos reforçados) (SHASH, 2005).
Segundo Andrade (1992) a classificação mais conhecida é que leva em
consideração a família química dos produtos, podem-se agrupar em família
com base inorgânica (cimento), orgânica (polímero) e mista, conforme ilustra
na Figura 3.
Figura 3. Representação esquemática dos tipos de materiais.
Fonte (ANDRADE, 1992)
Os materiais a base de cimento, em sua maioria, contem diversos
aditivos com a finalidade de melhorar suas propriedades de retração,
exsudação, tempo de pega e consistência.
Os materiais avançados, formulados a base de resinas e combinações
com outros materiais como fibras, entre outros, se mostraram como resposta
30
técnico-cientifica moderna para as exigências de desempenho e durabilidade
em sucessiva evolução em todo o mundo, sobretudo nas situações em que o
concreto necessita ser modificado ou que seu uso seja inadequado (HELENE,
1992).
Esses materiais de reparo cuja base é de natureza orgânica são muito
variados em composição, sendo os mais comuns os materiais a base de
resinas epóxi, resinas poliéster, base poliuretano, base acrílica e outros, sendo
que alguns deles são empregados dissolvidos na agua de amassamento,
dando lugar a materiais mistos.
A Tabela 1 apresenta as principais propriedades das matérias de reparo
quanto à família química. Segundo Andrade (1992), a escolha do produto deve
ser feita em função das propriedades requeridas do material, como forma de
garantir, dentre outros, a compatibilidade química entre o concreto da estrutura
e o produto de reparo.
Tabela 1. Propriedade dos materiais de reparo.
Fonte (ANDRADE, 1992).
31
3.1.1 Critérios de seleção de materiais para reparo
Segundo Souza e Rapper (1998) além do mínimo de caraterística de
bom desempenho, como resistência á compressão e boa aderência, a escolha
de qualquer tipo de material deve segui outras propriedade a serem
observadas quanto à finalidade. Outras características como: o coeficiente de
expansão térmica, retração, permeabilidade.
Para Cusson e Mailvaganam (1996) a seleção de materiais de reparo
ainda deve ser levada em conta às condições de exposição em serviço, a
logística, parâmetros de instalação de reparo. O Quadro 4 mostra valores de
algumas propriedades dos três grupos de materiais.
Quadro 4. Propriedades mecânicas dos materiais de reparo.
Propriedades mecânicas
Argamassa cimenticía
Argamassa cimenticía modificada com polímero
Argamassa a base de resina
Resistência à compressão (MPa)
20-50 30-60 50-100
Resistência à tração (Mpa)
2-5 5-10 10 - 15
Módulo de elasticidade na
compressão (GPa) 20-30 15-25 10 - 20
Coeficiente de expansão térmica
(ºC) 10 10 - 20 25-30
Absorção de água (% por peso)
5,0-15 0,1-0,5 1,0 - 2,0
Temperatura máxima de serviço
>300 100-300 40-80
Fonte (CUSSON e MAILVAGANAM, 1996).
Cusson e Malvaganam (1996) estabeleceram algumas propriedades
mais importantes e relevantes que devem ser consideradas para a definição de
um material de reparo durável e sem incompatibilidade comparando o
desempenho entre reparo (R) e o substrato de concreto (C), conforme
demostrado no Quadro 5.
32
Quadro 5. Propriedades mecânicas dos materiais de reparo.
Propriedades Relação do material de reparo (R)
com substrato de concreto (C)
Tensão de retração R=C
Coeficiente de fluência (para reparos comprimidos)
R<C
Coeficiente de fluência (para reparos tracionados)
R>C
Coeficiente de expansão térmica R=C
Módulo de elasticidade R=C
Coeficiente de Poisson R=C
Resistência à tração R>C
Desempenho a Fadiga R>C
Aderência R>C
Porosidade e resistividade R=C
Reatividade química R<C
Fonte (CUSSON e MAILVAGANAM, 1996).
3.1.1.1 Tensão de retração
No substrato de concreto, a maior parte da retração ocorre no momento
em que a pasta de cimento está perdendo água e em material a base de resina
a retração ocorre devido a um arrefecimento após uma reação exotérmica,
chegando à retração superior a 15 mm. Quando essa retração é restringida
surgem tensões permanetes no material o que leva a sua própria fissuração ou
o desplacamento do substrato. Logo o material de reparo deve ter uma
retração menor que a retração do substrato para evitar essas tensões.
3.1.1.2 Coeficiente de Fluência
A fluência é uma deformação permanente que acompanha uma
determinada peça estrutural devido ao carregamento. Em peça que o reparo
irar trabalho em tensões de compressão é desejável que o coeficiente de
fluência do reparo seja menor para resistir às tensões e poder transferir para o
concreto. Já para peças em que o reparo irá trabalhar em uma tensão de
tração é desejável que o coeficiente de fluência da do reparo seja maior para
tentar equilibrar a retração.
33
3.1.1.3 Coeficiente de expansão térmica
É desejável que o coeficiente de expansão térmica sejam iguais para
evitar variações muito grandes de dilatações o que implicaria no surgimento de
tensões no sistema, podendo causar falha na interface ou no material de
menos resistência. Logo deve se escolher materiais que possuem coeficientes
de dilatação iguais ao substrato.
3.1.1.4 Módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade é a medida de rigidez de um determinado
material. Material com módulo de rigidez baixo tem a tendência de transferir a
carga para o material de maior módulo, no entanto o ideal é que o os dois
materiais possuam módulos de elasticidades iguais para que possam trabalhar
como um material uniforme evitando esforços na interface.
3.1.1.5 Coeficiente de Poisson
O coeficiente de Poisson mede a relação de deformação entre duas
direções. O ideal que possuam o mesmo valor de coeficiente de Poisson para
que possam deformar de forma similar.
3.1.1.6 Resistência à tração
Preferível que materiais de reparo possuam alto valor de resistência à
tração, em especial para reparo de vigas em que o reparo pode trabalhar tanto
na compressão quanto na tração.
3.1.1.7 Desempenho a fadiga
O carregamento cíclico provoca o desenvolvimento e a propagação de
fissuras, devido ao fato que a resistência à fadiga do material ser menor do que
sua força estática, então a escolha do material deverá levar em consideração
um material que suporte vários ciclos de cargas, especialmente para elementos
estruturais em pontes.
3.1.1.8 Aderência
34
A aderência é uma das mais importantes propriedades que devem ser
analisadas em um sistema. Quanto maior for à eficiência da aderência maior
será o desempenho do sistema.
3.1.1.9 Porosidade e resistividade
Conveniente que ambos, concreto e reparo, possuam mesma
porosidade e permeabilidade permitindo uma estanqueidade de agentes
patológicos.
3.1.1.10 Reatividade química
A reatividade do material de reparo com o aço, com o agregado, com o
cimento, deve ser considerada para evitar problemas futuros. Por exemplo,
materiais com pH baixo a moderado fornece pouca proteção ao concreto e
para o aço e por outro lado materiais excessivamente alcalino pode vir a reagir
com os agregados, portanto a reatividade deve ser verificada.
3.1.2 Descrição dos materiais de reparo
A seguir são descritos os principais materiais de reparo.
3.1.2.1 Concreto como material de reparo
O concreto convencional, feito com cimento Portland, é ainda bastante
utilizado em reparos e reforço de estruturas. No entanto na maioria das vezes
deve ter uma dosagem que considere as diferenças de retração entre o
concreto a ser aplicado e o concreto existente na peça a recuperar, pode ser
necessário também um concreto com alta resistência inicial. Os traços muito
ricos em cimento também devem ser evitados, pois apresentam grande
retração. Os aditivos plastificantes, superplastificantes e expansores devem ser
empregados de forma a permitir adequação às necessidades do serviço. Souza
e Ripper (1998) sugerem que as especificações e notas que vão constar dos
desenhos de execução sejam exaustivas, esclarecendo a resistência desejada,
a composição do concreto, os aditivos a utilizar e cuidados para sua aplicação.
Segundo Souza & Ripper (1998) se a peça a ser restaurada ou
reforçada for bastante nova, não tendo ainda o seu concreto sofrido a maior
parte da retração, o traço do concreto novo deve se aproximar o mais possível
35
do traço do concreto antigo. Por outro lado, se a peça for antiga, o seu concreto
já terá sofrido toda ou praticamente toda a sua retração, e, neste caso, o traço
do concreto novo deve ser escolhido de modo a reduzir a sua retração ao
mínimo. O meio mais eficaz para se alcançar tal objetivo é a redução do fator
água/cimento, empregando-se aditivos plastificantes ou superplastificantes. Se
possível, o concreto novo deve ser misturado e deixado em repouso por 30 a
60 minutos, de forma a diminuir a retração após o lançamento. Os traços muito
ricos em cimento também devem ser evitados, pois apresentam grande
retração.
Nos reparos em que o concreto novo é colocado em cavidades
existentes no concreto antigo, a sua retração tende a criar fissuras na interface.
Para evitar isto, utilizam-se aditivos expansores, os quais podem ser de dois
tipos: os que liberam gases e os que são à base de limalha de ferro. Dentre os
do primeiro tipo, o de uso mais corrente é o pó de alumínio, que produz
hidrogênio que, por sua vez, provoca a expansão do concreto fresco,
compensando assim a retração de pega do concreto. Os aditivos com limalha
de ferro têm sua ação baseada na oxidação da limalha, o que provoca a sua
expansão e, consequentemente, a expansão do concreto (SOUZA e RIPPER,
1998).
Além do problema de retração, a dosagem do concreto também deve
levar em conta os requisitos quanto à resistência e à durabilidade. Por se estar
tratando de concreto convencional como material de reparo, é fundamental que
as especificações e as notas que vão constar dos desenhos de execução
sejam mais exaustivas, explicitando, além da resistência desejada, a
composição do concreto, incluindo os aditivos a utilizar e os cuidados para a
sua aplicação (ANDRADE, 1992).
O concreto projetável tem como características a densidade e
capacidade aderente suficientes para possibilitar pela própria velocidade de
transporte, a compactação simultânea com a aplicação, podendo ser aplicado
mesmo de baixo para cima. Normalmente a relação a/c é baixa. Há dois tipos
clássicos: mistura seca, onde a água só é adicionada após completado o
transporte, e a mistura úmida, que resulta no transporte do produto já
36
hidratado. Em todos os dois casos, a qualidade do operador é fundamental na
aplicação do produto. Há ainda grandes limitações quanto ao tamanho máximo
do agregado.
Segundo o manual da ACI INTERNACIONAL (1999) existem três tipos
básicos de concreto contendo polímeros:
a) Concreto impregnado de polímero
Esse tipo de concreto é à base de cimento Portland no qual se impregna
um monômero, para posterior polimerização. Sendo o monômero mais utilizado
é o metil-metacrilato. Geralmente, são feitas aplicações de 1,5 a 2,5%, em
peso e espessuras de 6 a 38 mm As vantagens desse material é a
proporcionalidade de estruturas mais duráveis, compatibilidade com quase
todos os tipos de concreto, possui boa resistência à abrasão e à penetração, é
resistente à ação da água, ácidos e sais. Pode ser aplicado ainda em
estruturas já existentes para que haja um aumento da durabilidade, redução
nos custos com manutenção e na restauração de concreto deteriorado. Se o
concreto já tiver sido exposto a agentes agressivos, a aplicação não sanará os
problemas que já possam ter iniciado. Fissuras não são vedadas e servirão de
caminho para os agentes agressivos.
b) Concretos modificados com polímero
O concreto e a argamassa modificados com polímero (10 a 20% do peso
do cimento) são conhecidos como uma combinação de cimento, agregados e
polímeros orgânicos que são dispersos em água. Esta dispersão é chamada de
látex e o polímero orgânico é uma substância composta por inúmeras
moléculas simples combinadas em grandes moléculas. As moléculas simples
são os monômeros e a reação para combiná-las é a polimerização. O concreto
modificado com polímero é adicionado ao concreto para melhorar propriedades
como aderência do reparo ao concreto do substrato, aumentar a flexibilidade e
a resistência a impactos, melhorar a resistência à percolação de água e de sais
dissolvidos na água. Dos diversos tipos de polímeros, o mais adequado ao uso
para concreto modificado com polímero é por polimerização de emulsão. Para
37
restauração do concreto, os de melhor desempenho são estireno-butadieno e
látex acrílico.
As resinas epóxi também podem ser adicionadas ao concreto,
modificando e contribuindo para melhoria de algumas características, como:
resistência ao gelo/degelo e a ataques químicos; redução da permeabilidade; e
aderência, resistência à compressão e à flexão (SOUZA E RIPPER, 1998).
O principal cuidado a ser tomado refere-se quanto à cura do concreto
modificado com polímero, que deve ser a seco, no mínimo por dois dias. O
concreto modificado com látex também apresenta melhor trabalhabilidade,
aplicação mais fácil e é ideal para ambientes úmidos (SOUZA E RIPPER,
1998).
Como concretos convencionais, os concretos modificado com látex
devem ser lançados e curados em temperatura compreendida entre 7 ºC e 30
ºC, cuidando para não se chegar aos extremos. Como muitas misturas de a/c
baixo, o concreto modificado com látex tende a apresentar fissuras de retração.
O módulo de elasticidade é ligeiramente menor quando comparado com
concreto convencional e, portanto, o seu uso na vertical ou carregamento axial
deve ser acompanhado cuidadosamente.
c) Concretos poliméricos
É um material compósito em que os agregados são unidos junto à matriz
com a ajuda de um aglutinante de polímero. Estes compósitos não contêm fase
de cimento hidratado, embora o cimento possa ser usado como agregado ou
filler.
O concreto polimérico tem sido feito com uma variedade de resinas e
monômeros incluindo poliéster, epóxi, metil-metacrilato e estireno. Resinas de
poliéster têm custo moderado e grande variedades de formulações. As resinas
epóxi são mais caras, mas algumas formulações oferecem a vantagem de
aderirem muito bem a superfícies úmidas.
Segundo Reis et al (2014) o concreto polimérico foi anteriormente muito
utilizado para pavimentos industriais, reparo de estruturas de concreto
danificada e tubos subterrâneos. Em comparação com cimento Portland
38
convencional, o concreto polimérico oferece muitas vantagens, como maior
resistência mecânica e melhor resistência química.
As propriedades do concreto polimérico são influenciadas pela
quantidade e qualidade da resina usada. Mas, em geral, apresentam cura
rápida, boas resistências à compressão e flexão, boa aderência, boa
durabilidade em gelo/degelo, baixa permeabilidade à água e a agentes
agressivos e resistência a ataques químicos. O módulo de elasticidade do
concreto polimérico pode atingir valores inferiores ao do concreto convencional
se trabalhado em altas temperaturas. Somente alguns concretos poliméricos
são eficientes em ambientes úmidos. O concreto convencional geralmente não
apresenta boa aderência ao concreto polimérico e este fato pode ser minorado,
aplicando-se adesivo de base epóxi.
Segundo Souza e Ripper (1998) ainda existem o concreto com sílica
ativa e o concreto com fibras.
d) Concreto com sílica ativa
A sílica ativa é um pó pulverizado de tom cinza, que devido a sua finura
altera propriedade do concreto tanto no estado fresco quanto no estado
endurecido sendo sua ação diretamente ligada às características pozolânicas,
com teores de sílica amorfa, SiO2, maior ou igual a 85% em sua composição, e
de seu efeito microfiler, devido a partículas esféricas com diâmetro médio da
ordem de 0,2 micrometro que além de preencherem os vazios, colaboram para
maior reatividade do material. As adições são feitas em quantidades que
variam de 4% a 15% do peso do cimento.
Em comparação com o concreto convencional, o concreto de sílica ativa
apresentam algumas vantagens, como: maior resistência à compressão e a
tração; menor permeabilidade, porosidade e absortividade; maiores resistência
à abrasão e á erosão; maior resistência a ataque químico, como sulfatos e
cloretos; maior aderência a concreto novo e velho.
e) Concreto com fibras
O concreto com fibras são materiais resultantes da mistura de concreto
comum com fibras descontinuas, geralmente separadas na matriz do concreto,
39
sendo também denominados de concreto reforçados com fibras. As fibras mais
usuais são as fibras de aço, de vidro e polímeros orgânicos, no entanto
atualmente tem se usado fibras de origem vegetal, como fibras de casca de
coco e sisal.
As fibras, normalmente apresentadas em várias formas e tamanhos, têm
o comprimento e o diâmetro em geral limitados a 50 mm e 0,5 mm,
respectivamente, e funcionam na massa do concreto como se fossem
armaduras difusas. As fibras não tem a função de substituir a armadura, mas
sim complementa-las, simplesmente por melhorar algumas características do
concreto, principalmente o alongamento e ruptura à tração.
Normalmente as fibras de vidro são atacáveis pelo meio alcalinos da
pasta de cimento, por isso poderá dizer que os materiais de cimento com fibra
de vidro perdem, com o tempo, sua resistência. Esta redução de resistência
pode ser controlada pela utilização de fibras resistentes a álcalis, fibras com um
revestimento orgânico, ou ainda pela redução do grau de umidade ambiental.
Já as libras de aço, também utilizadas nos concretos, são materiais
constituídos ou por pedaços de fios trefilados, com diâmetro de 0,25 a 0,75
mm, ou por aparas de corte, com largura de 0,15 a 0,40 mm e espessuras de
0,25 a 0.90 mm.
3.1.3.2 Argamassa
As argamassas de reparo são geralmente usadas na recomposição de
peças danificadas, onde além da função de recompor estruturalmente, as
mesmas, servirá de proteção a estrutura que estava danificada (LIMA, 2000).
Segundo Helene (2003) as argamassas tem a finalidade de repor a
homogeneidade e monolitismo dos elementos estruturais. Podem ser utilizadas
as argamassas de base cimento convencionais (inorgânicas) ou modificadas
com certos produtos químicos (orgânicos), a fim de melhorar certas
características, como resistência a agentes químicos.
a) Argamassas inorgânicas a base cimento Portland
São argamassas cimentícias que apresentam baixa retração, devido à
incorporação de aditivos químicos, característica fundamental para obras de
40
recuperação de estruturas de concreto e possuem resistência química e tem
pH alcalino. São geralmente comercializadas sob a forma de
monocompomente, sendo necessário apenas adicionar a quantidade de água
recomendada pelo fabricante, ou ainda bi componente onde os componentes
são misturados na hora. No Brasil existem industriais que produzem uma linha
de argamassa pré-misturadas de cimento e areia com adição de resina acrílica
normalmente apresentada em duas modalidades (SOUZA e RIPPER, 1998):
- Argamassa autonivelantes, com grande fluidez, recomendadas para
aplicações em superfícies horizontais;
- Argamassas tixotropicas, que não escorrem, podendo ser aplicadas
em superfícies com qualquer inclinação em relação à horizontal. Este produto
leva ainda um acréscimo de fibras poliamidas.
Para Helene (1998) as argamassas de base mineral têm uso
recomendado em reparos superficiais, ou de arestas e revestimento
superficiais e ainda são uteis para preenchimento de pequenas cavidades e
nivelamentos.
Cusson e Mailvavaganam (1994) indicam argamassa de cimento
Portland em casos de lascamento do concreto por corrosão das armaduras ou
outro agente, ninhos de segregação no concreto, estruturas fissuradas,
abrasão ou erosão de superfícies, problemas de infiltração e permeabilidade. E
seguindo alguns cuidados quanto ao uso, principalmente com relação à
retração por secagem. A adição de agua em excesso, na tentativa de se obter
trabalhabilidade adequada, pode provocar retração que leve ao
comprometimento da aderência.
b) Argamassas orgânicas á base epóxi
As argamassas de base epóxi são argamassas de polímero com base
orgânica (epóxi), com agregado miúdo e um ligante de polímero (amina ou
poliamidas). Tanto argamassas ou concretos de polímeros são excelentes
materiais para reparo de falhas de elementos estruturais, porém, por razões
econômicas, seu emprego fica limitado a falhas localizadas, de pequenas
dimensões (SOUZA e RIPPER, 1998).
41
As resinas epóxi fazem parte de uma família de polímeros termo fixos de
grande importância na construção civil. São resinas derivas da indústria
petroquímica. Tendo varias propriedades, como: excelente adesividade;
resistência química a muitos ácidos, álcalis e solvente; elevada resistência
mecânica e dureza, boa durabilidade e baixa retração. Essa resina pode
proporcionar endurecimento rápido e desenvolver uma alta resistência final em
curto espaço de tempo a temperatura ambiente, tendo essa velocidade de
endurecimento dependente da temperatura e o tipo de formulação do sistema
de resina (CUSSON e MAILVAGANAM, 1994).
No local da obra, a preparação da argamassa de base epóxi deve ser
feita de acordo com as seguintes etapas (SOUZA e RAPPER, 1998):
1°) adiciona-se o catalisador à resina, misturando-se os componentes
com pás mecânicas de baixa velocidade, de forma a evitar a incorporação de
bolhas de ar;
2°) Transfere-se a resina misturada com catalisador para um tambor,
acrescentando-se então a areia de quartzo. A mistura já poderá, assim, ser
feita manualmente ou com equipamento apropriado;
3°) logo após esta segunda mistura estar pronta, o produto assim obtido
deve ser lançado e espalhado na região.
c) Argamassas mistas modificadas com polímeros
Segundo Helene (2003) a argamassa polimérica é um produto que
resulta da associação de um composto inorgânico (cimento) e um composto
orgânico látex polimérico, que usam agregados com granulometria adequada,
geralmente contínua e descontinua no caso de alta resistência à abrasão,
formuladas especialmente com aditivos e adições que conferem propriedades
especiais, e tem estrutura definida que consiste no gel de cimento e as
microfibras de polímero.
A argamassa de polímero foi desenvolvida pela primeira vez na década
de 1950 e depois se tornou amplamente conhecido na década de 1970. A
composição da argamassa é determinada pelas suas aplicações sendo sua
resistência estabelecida em função da razão entre agregado e resina. A
argamassa polimérica tem sido bastante empregada em com eficiência em
42
componentes pré-moldados para edifícios, painéis de ponte, contentores de
resíduos perigosos e bases de máquinas (REIS et al, 2014).
As argamassas modificadas com polímeros são mais utilizadas na área
de reparo de estrutura de concreto, pois a colocação de resina sintética
polimérica à argamassa de cimento e areia permite reduzir a agua de mistura
necessária, intensificando certas qualidades devido à diminuição da porosidade
do concreto. Estas qualidades são interessantes quando se procura maior
durabilidade, além de manter a plasticidade deste material, reduzir a
permeabilidade e dar ótimo poder de aderência com concretos endurecidos.
Em geral tem retração compensada e são tixotropicos, permitindo seu uso em
superfícies verticais e inclinadas.
3.1.2.3 Grautes
Segundo Souza e Ripper (1998) o graute é uma argamassa previamente
preparada por empresas especializadas, que têm como princípios atrativos a
fácil aplicação, a elevada resistência mecânica e a ausência de retração,
podendo ser de base mineral ou de base epóxi.
Helene (2003) define o graute como um material fluido e auto adensável
no estado recém misturado, indicado para preencher cavidade e principalmente
torna-se aderente, resistente e sem retração no estado endurecido.
a) Grautes inorgânicos
O grautes de base mineral é um material constituído por cimento,
agregados miúdos, quartzos, aditivo super plastificante e aditivo expansor (pó
de alumínio), que possibilitam a obtenção de elevada fluidez, tornando possível
a sua aplicação em regiões dos elementos estruturais de difícil acesso. Além
disso, em virtude da presença de aditivo expansor na mistura, há maior
garantia de que todos os espaços da região do reparo serão preenchidos. Na
obra, deve-se misturar água ao graute, segundo as quantidades especificadas
pelo fabricante do material (SOUZA e RIPPER, 1998).
Por suas características de alta fluidez, boa aderência e baixa
permeabilidade, este tipo de graute é conveniente para reparos em locais de
difícil acesso e em seções densamente armadas.
43
b) Grautes orgânicos
O graute orgânico de base epóxi é um composto formulado com resinas
orgânicas onde a união e a resistência do conjunto é dada pelas reações de
polimerização e endurecimento dos componentes das resinas. O cimento
Portland pode entrar na composição do produto como um agregado fino
também chamado de filer completando a distribuição granulométrica e
preenchendo os vazios da areia, atuando como inerte, assim como também as
cinzas volantes que podem ser consideradas com custo muito acessível
(HELENE, 2003).
Geralmente são produtos com excelente equilíbrio físico, químico e
mecânico, apropriados para ambientes altamente agressivos e em locais onde
são exigidas altas precisões nos reparos. Em geral são para uso em pequenos
volumes e espessuras, pois tem elevada aderência ao substrato e baixo
modulo de deformação longitudinal, assim como deformação lenta, superior a
dos concretos e argamassas de cimento Portland (SOUZA e RIPPER, 1998).
Os grautes a base orgânica podem ser formulados como resina
praticamente pura quando se destinam a injeção de fissuras, sendo conhecidos
também como grautes para injeção de fissuras, tendo baixa viscosidade
(SOUZA, 1998).
3.1.2.4 Adesivos
Para Souza e Ripper (1998) os adesivos são materiais utilizados para
colar materiais a elementos estruturais já existentes, podem ser a base epóxi,
PVA e acrílico.
Os adesivos a base de epóxi são polímeros fornecidos em dois
componentes: monômero e catalisador. Após a mistura dos dois componentes,
o material permanece viscoso por certo tempo, denominado “pot-life”, depois
endurece e se solidifica, adquirindo então elevada resistência mecânica. A
mistura dos componentes deve ser feita com um agitador para obter uma
mistura bem homogênea.
Os adesivos de base acetato de polivilina (PVA) apresenta boa
resistência ao intemperismo, sendo utilizado em tintas, revestimento e
44
membranas impermeabilizantes, são bastante utilizados em preparo de
chapisco e a confecção de argamassas, pois, quando diluídos na água de
amassamento, proporcionam à argamassa melhor aderência sobre aos
substratos.
Os de base acrílica são resultante da polimerização de monômeros, que
por sua vez são os ésteres do acido acrílico o do acido metacrílico, que
apresentam transparência cristalina e excepcional resistência química, sendo
utilizados, nesse caso tem aplicação semelhante a dos adesivos de base PVA.
45
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL
Neste capitulo é exposto o procedimento experimental para que a
pesquisa possa ser realizada, assim como os métodos e técnicas para a
caracterização dos materiais.
O trabalho foi desenvolvido em duas fases, a primeira fase corresponde
a uma revisão bibliográfica; e a segunda fase correspondente ao programa
experimental.
Na primeira fase foi realizada uma revisão da literatura existente, dando
suporte para todo o trabalho e enfocando tópicos de interesse da pesquisa:
durabilidade do concreto armado, mecanismos de degradação químicos e
físicos, materiais de reparo suas características e propriedades.
Na segunda fase foi planejado e executado o programa experimental
dividido em quatro etapas. A primeira etapa consiste da caracterização dos
agregados (confecção das vigas para reparo) e argamassa; na segunda etapa
tem-se a dosagem do concreto, caracterização do concreto fresco e
endurecido, confecção das vigas (pequenas e grandes), moldagem da
geometria do reparo e aplicação da argamassa nas vigas. A terceira etapa
requer a instrumentação das vigas, ensaio de tração na flexão e cisalhamento
direto para analise da aderência entre o substrato e a argamassa. A quarta
etapa é uma avaliação do método de execução do reparo, com a programação
de visitas a obra que estejam realizando reparo, concretizando um estudo de
caso.
Figura 4 mostra um fluxograma resumindo todas as etapas envolvidas
no projeto.
46
Figura 4. Fluxograma esquemático do programa experimental.
1°Etapa 2°Etapa 3°Etapa 4°Etapa
Programa experimental
Caracterização do
materiais:
Ensaios:
CimentoMassa especifica; Tempo de pega; Resistencia a compressão; Tração na por compressão diametral;
Agregado miúdoComposição granulométrica; Módulo de finura; Massa específica; Massa unitária; Teor de material pulverulento; Determinação da umidade.
Agregado miúdoDeterminação massa específica e absorção; Composição granulométrica; Módulo de finura; Massa unitária; Teor de material pulverulento.
Argamassa estado
frescoDeterminação tempo de pega; índice de consistência.
Argamassa estado
EndurecidoDeterminação da resistência a compressão; determinação da resistência cisalhante; tração compressão
diametral.
Avaliação das
propriedades
mecânicas do
concreto ,
moldagem e
preparo da viga
Dosagem concreto
Ensaios:
Concreto frescoAbatimento tronco de cone
Concreto endurecidoResistência a compressão; Tração por compressão diametral; Resistencia cisalhamento; Resistencia a tração na flexão.
Analise do
desempenho
mecânico do
concreto
(substrato) e
argamassa de
reparo.
EnsaiosDeterminação da resistência a tração na flexão; resistência a aderência ao cisalhamento na flexão; resistência de aderência
no cisalhamento direto
Avaliação do
procedimento
executivo
propondo novas
diretrizes
Estudo de caso
Visita em obras
Fonte (Autor)
4.1 Revisão bibliográfica
Para realizar a revisão bibliográfica foi feito um estudo bilbiométrico
sobre o tema para delimitar as reais necessidades do foco do estudo. Dessa
forma foi pesquisado nas plataformas Scopus e no Science Directy todos os
documentos sobre reparo e argamassa polimérica desde 1950 quando se teve
47
a primeira publicação sobre o tema de acordo com Reis et al (2014). Nesta
primeira fase do trabalho realizou se uma pesquisa de artigos publicados nos
diversos periódicos da área da construção civil, sendo esses vinculados na
plataforma Scopus. O Scopus também fornece os perfis de autores, abrangem
filiações, o número de publicações e de seus dados bibliográficos, referências e
detalhes sobre o número de citações de cada documento publicado que ele
tenha recebido. Em seguida foi realizada uma pesquisa mais intensa em
dissertações, teses e livros que abordam o tema.
4.2 Materiais
Para produção das vigas será necessário adquirir cimento CPII Z, areia,
brita, aço, água, talvez aditivo para aumentar a fluidez do concreto, mantendo a
tralhabilidade sem comprometer a resistência, e por fim a aquisição das
argamassas poliméricas existente no mercado.
O estudo experimental desta pesquisa terá seu inicio de
desenvolvimento nas instalações dos Laboratórios do Departamento de Ciência
e Tecnologia dos Materiais (DCTM), em especial no Centro Tecnológico da
Argamassa (CETA) e na parte de ensaio mecânicos, no laboratório L.P.
Timoshenko.
4.3 Metodologia primeira etapa
Essa etapa tem como objetivo a caracterização de todos os materiais
que serão utilizados para a confecção das vigas, que serão reparadas, e da
argamassa polimérica utilizada como material de reparo. Toda etapa 1 esta
detalhada no fluxograma representado pela Figura 5 abaixo.
48
Figura 5. Fluxograma detalhado da 1° etapa.
1°Etapa: Caracterização dos
materiais
Programa experimental
CimentoAgregado
miúdoAgregado
graúdo
Argamassa estado fresco
Argamassa estado
endurecido
Massa especifica (NBR NM 23:2001
Tempo de pega (65:2003)
Resistência a compressão (NBR
7215:1997)
Tração por compressão
diametral (NBR 7222:2011)
Composição granulométrica
(NBR MN 248:2003)
Módulo de finura (NBR NM 248:2003)
Massa específica (NBR NM 52:2009)
Massa unitária (NBR NM 45:2006)
Teor de material Pulverulento (NBR
NM 46:2003)
Determinação do Inchamento (NBR
NM 53:2009)
Composição granulométrica
(NBR MN 248:2003)
Determinação do tempo de pega (NBR 65:2003)
Determinação da resistência a
compressão (NBR 7215:1997)
Determinação da massa específica e absorção (NBR
NM 53:2009)
Módulo de finura (NBR NM 248:2009)
Determinação do teor de material
Pulverulento (NBR NM 46:2003)
Índice de consistência (NBR
13276:2005)
Determinação da resistência ao cisalhamento
Determinação da tração por
compressão diametral (NBR
7222:2011)
Fonte (Autor)
4.3.1 Aquisição dos materiais
Os agregados, o cimento e o aço foram adquiridos nas lojas de materiais
de construção localizados próximos a escola Politécnica da UFBA, no entanto
de acordo com informações do fornecedor as jazidas do agregado miúdo esta
localizada em Camaçari-Bahia.
4.3.2 Caracterização dos materiais
4.3.2.1 Cimento
49
As características químicas do cimento devem ser adquiridas do
fabricante. No entanto alguns ensaios para caracterização física e química
serão executados.
Em relação às outras propriedades pretende-se realizar:
a) Determinação da massa especifica
Esse ensaio consiste em determinar a massa especifica de materiais de
cimentos e material em pó seguirá as recomendações da NBR NM 23:2001. A
massa especifica é uma importante medida que servirá para confecção da
dosagem do concreto.
A determinação da massa especifica utiliza o frasco de Le Chatelier, o
método é relativamente simples: coloca-se a amostra de massa conhecida
dentro do frasco, preenche com um determinado fluido, volume conhecido, que
não reaja quimicamente com o material e uma densidade superior a 0,731
g/cm³ a 15°C. A densidade pode ser expressa pela relação entre a massa da
amostra e a variação de volume que foi expressa no frasco.
b) Determinação tempo de pega
O objetivo desse ensaio é determinar o tempo de pega da pasta de
cimento de acordo com a norma NBR 65:2003. Para determina a variável em
questão se utiliza o aparelho de Vicat.
Como esse ensaio se consegue estabelecer dois parâmetros o tempo de
inicio de pega fim de pega. O inicio de pega é o intervalo de tempo desde a
adição de agua até o momento em que a agulha de Vicat correspondente
penetra até uma distancia de 4 mm da placa base; o fim de pega é o intervalo
de tempo transcorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em
que a agulha de Vicat penetre 0,5 mm na pasta.
c) Determinação da resistência à compressão
A determinação da resistência à compressão axial, de acordo com a
NBR 7215:1997, é uma forma de avaliar a resistência mecânica do cimento.
Neste ensaio serão confeccionados 12 corpos de prova cilíndricos (50 mm x
100 mm). Os corpos-de-prova são elaborados com argamassa composta de
uma parte de cimento, três de areia normalizada, em massa, e com relação
50
água/cimento de 0,48. A argamassa é preparada por meio de um misturador
mecânico e compactada manualmente em um molde. Serão colocados em cura
em agua com cal e serão postos em ensaio na prensa Instro HDX 1000 com
velocidade de carregamento de 0,05N/s em 3, 7, 14, 28 dias.
d) Determinação de tração por compressão diametral
Para NBR 7222:2011 a determinação da tração ocorre de forma indireta
com uma aplicação de carga de compressão em corpos de prova cilíndricos
(50mmx100mm). Os corpos de prova serão posto em uma posição de acordo
com a Figura 6.
Figura 6. Representação esquemática da posição do corpo de prova.
Fonte (NBR7222, 2011)
Serão confeccionados 12 corpos de prova posto a ensaio em 4 idades
diferentes, 3, 7, 14 e 28 dias. Os corpos de prova serão ensaiados na prensa
Instron HDX 1000 com velocidade de carregamento de 0,05 Mpa/s até e a
ruptura. A resistência é calculada com a Equação 1:
𝑓𝑡,𝐷 =2.𝐹
𝑑.𝐿 (1)
Onde: 𝑓𝑡,𝐷 = resistência à tração por compressão diametral (Mpa);
𝐹 = Carga máxima obtida no ensaio (KN);
d = Diâmetro do corpo de prova (mm)
L = Comprimento do corpo de prova (mm).
4.3.2.2 Agregado miúdo
Para o agregado miúdo pretende-se realizar toda caracterização com os
seguintes ensaios:
51
a) Composição granulométrica
Através desse ensaio, normatizado pela NBR NM 248:2003, que é
possível analisar a continuidade da granulometria de um determinado
agregado. Para isso é necessário uma quantidade mínima de 300 g de
agregado que será passada por um conjunto de peneiras de abertura já
conhecidas. Após esse processo pesa-se a quantidade de agregado retido em
cada peneira calculando a porcentagem media. Em seguida é possível realizar
uma analise quantitativa analisando a gráfica abertura versus porcentagem
acumulada, a curva ideal deve ser bem acentuada que mostrando ter
uniformidade.
b) Módulo de finura
O modulo de finura, de acordo com NBR NM 248:2003, fornece uma
ideia da espessura média do agregado podendo ser considerado como a
relação entre porcentagens retidas acumuladas em massa de um agregado,
nas peneiras da série normal, dividida por 100.
c) Massa especifica
Para determinar a massa especifica com a NBR NM 52:2009 será
utilizado o frasco de Chapman. Coloca-se 500g do agregado seco no frasco em
seguida adiciona-se 500 ml de água, sempre observando para eliminação de
bolhas. Posteriormente é feito a leitura no frasco e calculado a densidade
através da Equação 2:
𝜌 =𝑚
𝑉−𝑉1 (2)
Onde: 𝜌 = densidade especifica do agregado (g/cm3)
V = leitura de volume no frasco (cm3)
V1= volume inicial de água.
Determinar a massa especifica e massas especifica aparente dos
agregados miúdos é de fundamental importância, pois é uma variável
destinada ao calculo da dosagem do concreto.
d) Massa unitária
52
A massa unitária, normatizada pela NBR NM 45:2006, leva em
consideração os vazios presentes entre os agregados sendo um parâmetro
importante da dosagem desse material em campo onde não existe balança.
Para determinar a massa unitária basta colocar uma determinada massa de
uma amostra, com os devidos adensamentos, em um recipiente de volume
conhecido e realizar a divisão entre massa e volume ocupado.
e) Teor de material pulverulento
Material pulverulento, para a NBR NM 46:2003, é o material fino que
passa na peneira de abertura 75 micrometros.
Para realizar este ensaio é necessário pesar 500 g de agregado miúdo
seco e coloca – lo para lavagem com um agente dispersor, detergente, por
exemplo, e passa – la na peneira 75. Essa operação deve ser feita até que a
água fique clara. Atingindo esse ponto pesa-se novamente o agregado e a
diferença entre massas dividida pela massa inicial é a porcentagem de
pulverulência.
f) Determinação da umidade
A umidade do agregado é um fator muito importante que influencia na
dosagem do concreto pela quantidade de agua e pelo inchamento. Para
determinar a umidade basta conhecer a massa inicial da amostra (500g),
posteriormente colocada para secar em uma estufa durante 24 horas por
105°C. Em seguida pesa-se a amostra e a diferença entre as massas dividida
pela massa inicial é a porcentagem de água presente no material.
g) Determinação do inchamento
O inchamento é uma variação do volume aparente provocado pela
umidade superficial do agregado miúdo. Será calculado de acordo com as
recomendações da NBR 6467:2006, onde se buscará traçar uma curva do
coeficiente de inchamento para cada valor umidade.
4.3.2.3 Agregado graúdo
a) Determinação massa específica e da absorção de água dos agregados
graúdos
53
Para determinar a massa especifica será seguida as recomendações da
NBR NM 53:2009, sendo necessário pesar no mínimo 3 kg de agregado
submergir em um recipiente durante com um volume conhecido de água
durante 24 horas. Depois de transcorrido esse tempo seca-se toda amostra em
um pano e em seguida podendo ser calculada pela Fórmula 3:
𝑑 =𝑚
𝑚𝑠−𝑚𝑎 (3)
Onde: d = massa especifica do agregado seco (g/cm3);
m = massa ao ar da amostra seca (g);
ms = massa ao ar da amostra na condição saturada superfície seca (g);
ma = é a massa em água da amostra (g).
Levando em consideração que a diferença entre ms e ma é
numericamente igual ao volume do agregado, excluindo os vazios permeáveis.
A absorção de agua do agregado graúdo pode ser calculada pela
Equação 5 aproveitando a mesma metodologia:
𝐴 = 𝑚𝑠−𝑚
𝑚 (5)
Onde: A = absorção de água (%);
ms = massa ao ar da amostra na condição saturada superfície
seca (g);
m = massa ao ar da amostra seca (g).
b) Composição granulométrica – ABNT NBR NM 248:2003: semelhante ao
agregado miúdo;
c) Módulo de finura - ABNT NBR NM 248:2003: semelhante ao agregado
miúdo;
d) Determinação do material fino - ABNT NBR NM 46:2003: semelhante ao
agregado miúdo.
4.3.2.4 Água
A agua será fornecida pelo sistema de abastecimento do município, que
no caso do estado da Bahia é a Embasa.
4.3.2.5 Aço
54
O aço que se pretende trabalhar é o aço CA 50S para armadura
principal e CA60 para confecção dos estribos. Esse material será fornecido
pela indústria local. Seguindo as recomendações da ABNT NBR 6118:2014.
4.3.2.6 Argamassa polimérica estado fresco
a) Determinação tempo de pega – ABNT NBR 65:2003: semelhante à pasta de
cimento
b) Índice de consistência
Para determinação do índice de consistência pretende-se seguir as
recomendações da NBR 13276:2005, utilizando a uma mesa de consistência
(flow table). Logo após a preparação da mistura, as pastas serão moldadas em
um tronco de cone, adensadas em três camadas com soquete com 15,10 e 5
golpes, respectivamente. Após a retirada do molde, move-se a manivela da
mesa para medida de consistência, fazendo com que a mesa caia 30 vezes em
aproximadamente 30 s e a medida é a média aritmética de três diâmetros
encontrados no espalhamento.
4.3.2.7 Argamassa estado endurecida:
Caracterização resistência: compressão, cisalhamento e tração
diametral.
a) Determinação da resistência à compressão
Determina a resistência compressão (NBR 7215:1997) semelhante à
pasta de cimento endurecida. Serão moldados 3 corpos de prova cilíndricos (50
mm x 100 mm) para cada tipo de argamassa.
No ensaio de compressão será acoplado um aparato para da suporte ao
Transformador Diferencial Variável Linear (LVDT) para medir o deslocamento
longitudinal real do corpo de prova para calcular o modulo de elasticidade como
demostrado na Figura 7:
55
Figura 7. Aparato para fixação dos LVDTs.
Fonte (MAZZA, 2010)
b) Determinação da resistência cisalhante
Para o ensaio de resistência ao cisalhamento serão moldados 3 corpos
de prova cúbicos medindo 75 x 75 x 100 mm, para cada tipo de argamassa.
Esses corpos de prova serão posicionados em um dispositivo metálico em
forma de L e disposto de uma forma que a carga aplicada tenha uma
orientação de 45°. Após o arranjo do corpo de prova, o conjunto será posto a
ensaio na prensa Instron HDX 1000 sob compressão axial. A Figura 8 mostra
como ficará a configuração do acoplamento do corpo de prova com o aparato.
Figura 8. Corpo de prova acoplado nas bases e no aparato.
Fonte (autor)
56
Na Figura 9 observa-se a decomposição de forças sobre as arestas
laterais do corpo de prova. Sendo a carga P decomposta devido à inclinação as
forças resultantes são posicionadas para aplicar uma tensão cisalhante direta.
Figura 9. Representação esquemática da aplicação da força P sobre o corpo
de prova.
Fonte (Autor)
A tensão de cisalhamento pode ser calculada aplicando a Equação 6:
τ =
P√22A
(6)
Onde: τ = tensão cisalhante (Mpa);
P = carga de ruptura (KN);
A = área da seção paralela à componente cisalhante (mm²).
c) Determinação de tração por compressão diametral
Semelhante à pasta de cimento seguirá a NBR 7222:2011, onde serão
moldados 3 corpos de prova cilíndricos (50 mm x 100 mm) para cada tipo de
argamassa.
57
4.4 Metodologia segunda etapa
A segunda etapa tem como objetivo realizar a dosagem e caracterização
do concreto, moldagem das vigas e prepararação dos layouts do reparo. Essa
etapa ficar bem representada e detalhada na Figura 10, que representa o
fluxograma da mesma.
Figura 10. Fluxograma detalhado 2° etapa.
2°Etapa: Avaliação das propriedades
mecânicas do concreto, moldagem e preparo das vigas
Programa experimental
Dosagem do concreto
Concreto estado Fresco
Concreto endurecido
Moldagem das vigas (pequenas e
grandes)
Consistência pelo abatimento tronco de cone (NBR NM
67:1998)
Resistência a compressão axial (NBR 5739:2007).
Dimensionamento das formas
Tração por compressão
diametral (NBR 7222:2011).
Resistência ao cisalhamento direto (Método
proposto)
Resistência a tração na flexão
(NBR 12142:2010)
Moldagem e dimensionamento
das armaduras
Preparo para ensaio ( Variação da geometria e aparelho fixação
do LVDT)
Fonte (Autor)
4.4.1 Dosagem do concreto
A dosagem é um processo através do qual é obtida a proporção ideal
entre os componentes. Após o material ser caracterizado, a dosagem será
desenvolvida seguindo a norma ACI 211.1:1991. Tal procedimento baseia-se
ainda nas condições de exposição, visando à durabilidade da estrutura e à
trabalhabilidade do concreto conforme a NBR 6118:2014.
Deseja-se um concreto com resistência a compressão superior a 30 Mpa
aos 28 dias para que se tenha um mínimo de compatibilidade com o reparo.
58
4.4.1.1 Pré-dosagem
Antes de se obter os resultados da caracterização dos agregados
realizou-se uma pre-dosagem com dados de trabalhos já antes concretizados
com materiais da mesma região (jazida de Camaçari – BA). Essa pre-dosagem
tem a finalidade de ter noção do consumo de materiais para calculo do
quantitativo a serem adquiridos.
A Tabela 2 e a Tabela 3 demostra os resultados dos ensaios do
agregado graúdo e miúdo, respectivamente.
Tabela 2: Resumo dos ensaios caracterização agregado miúdo
Ensaio Resultado para
brita 19 mm Norma
Modulo de finura (mm) 6,73 ABNT NBR 248:2003
Dimensão máxima característica
(mm) 19,00
ABNT NBR NM
248:2003
Massa unitária no estado
compactado (kg/dm3) 1,54
ABNT NBR
7251:1982
Massa especifica (g/cm3) 2,65 ABNT NBR
NM53:2003
Fonte (MAZZA, 2010)
Tabela 3: Resumo dos ensaios caracterização agregado miúdo
Ensaio Resultado Norma
Modulo de finura (mm) 1,58 ABNT NBR NM 248:2003
Dimensão máxima característica (mm) 1,18 ABNT NBR NM 248:2003
Massa específica (g/cm3) 2,79 ABNT NBR 52:2003
Absorção (%) 1,23 ABNT NBR NM 30:2003
Fonte (MAZZA, 2010)
Na Tabela 4, encontram-se o traço e o consumo de material utilizado no
presente estudo para 1,0m3 de concreto, para compra de materiais.
Na Tabela 4. Traço em massa.
59
Traço em massa
(cimento: areia: brita: água) Cimento Areia Brita 19 Água
1: 1,49: 2,72: 0,48 427 kg/m3 637 kg/m3 1163 kg/m3 205 kg/m3
Fonte (AUTOR).
4.4.2 Concreto estado fresco
4.4.2.1 Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone
O índice de consistência mede a trabalhabilidade do concreto e esse
trabalho seguirá as recomendações da NBR NM 67:1998 para realizar esse
ensaio. Consiste em colocar o concreto em três camadas, compactando com
25 golpes em cada, dentro de um tronco de cone. Em seguida levanta-se o
cone com cuidado e mede o quanto o concreto sofreu abatimento com uma
régua graúda de 1 mm
4.4.3. Concreto estado endurecido
4.4.3.1 Ensaio de compressão
Para o ensaio de compressão seguirá as recomendações da NBR
5739:2007, em estabelece um método de ensaio pelo qual devem ser
ensaiados à compressão os corpos-de-prova cilíndricos de concreto, no caso
serão confeccionados 16 corpos de prova com dimensões 100 mm x 200 mm,
ensaiados nas idades de 3 dias, 7 dias, 14 dias e 28 dias, 4 cps para cada
idade. Os corpos serão moldados de acordo a ABNT NBR 5738 e extraído
conforme a ABNT NBR 7680.
No ensaio de compressão será acoplado um aparato para da suporte ao
Transformador Diferencial Variável Linear (LVDT) para medir o deslocamento
longitudinal real do corpo de prova para calcular o modulo de elasticidade,
como nas argamassas poliméricas.
4.4.3.2 Determinação de tração por compressão diametral
Ensaio previsto na NBR 7222:2011, serão moldados 16 corpos de prova
para serem ensaiados em 4 idades diferentes. Este ensaio é similar ao ensaio
com as argamassas no estado endurecido.
60
4.4.3.3 Determinação da resistência cisalhante
Serão confeccionados 16 corpos de prova rompidos em 4 idades
diferentes. Ensaio usa a mesma metodologia do cisalhamento com argamassa
citado anteriormente.
4.4.3.4 Determinação da resistência à tração na flexão
A tração do concreto será determinada de forma indireta com a
utilização do ensaio de tração na flexão descrito pela NBR 12142:2010. Para
isso serão confeccionados 16 corpos de prova (75 x 75 x 36) para serem
rompidos em 4 idades diferentes. Esse método será utilizado para ensaiar as
vigas reparadas e será mais discutido em frente.
4.4.4 Moldagem das vigas
4.4.4.1 Dimensionamento da forma
Para produzir as vigas pequenas será confeccionado uma forma para
concretar 5 vigas por vez. A forma terá 1,85m2 de madeira e 4 chapas de aço
para agrupar as peça. A Figura 11 mostra o esquema de como será montada a
forma de madeira.
Figura 11. Representação esquemática da forma de madeira.
Fonte (AUTOR)
61
Para produzir as vigas grandes será confeccionado uma fôrma para
concretar 2 vigas por vez. A forma terá 4,2m2 de madeira e 4 chapas de aço
para agrupar as peça, conforme representado na Figura 12.
Figura 12. Esquema da forma de madeira vigas grandes.
Fonte (Autor)
4.4.4.2 Moldagem das vigas
Realizou-se uma pesquisa de mercado e constatou a presença cinco
potenciais fornecedores de argamassa polimérica. Como será descrito em itens
posteriores, deseja-se estudar três tipos de geometrias de reparo, trapezoidal,
retangular e retangular estendida (retangular II). Logo serão confeccionadas
três vigas para ser reparada com cada tipo de geometria para cada tipo de
argamassa, então serão necessárias nove vigas para cada tipo de argamassa,
como são cinco tipos se pretendendo moldar 45 vigas, como detalhado na
Tabela 5, a serem reparadas e mais três de referencia (sem reparo),
totalizando 48 vigas.
Tabela 5. Quantitativo de vigas para reparo
ARGAMASSAS GEOMETRIAS Q. VIGAS
TIPO I
TRAPEZOIDAL 3
RETANGULAR I 3
RETANGULAR II 3
62
TIPO II
TRAPEZOIDAL 3
RETANGULAR I 3
RETANGULAR II 3
TIPO III
TRAPEZOIDAL 3
RETANGULAR I 3
RETANGULAR II 3
TIPO IV
TRAPEZOIDAL 3
RETANGULAR I 3
RETANGULAR II 3
TIPO V
TRAPEZOIDAL 3
RETANGULAR I 3
RETANGULAR II 3
TOTAL 45
Fonte (Autor)
As dimensões da seção é a mais próxima entre a possibilidade de
realização do ensaio na prensa e o que se encontra em uso. Essa seção
possui 12 cm de largura, 22 cm de altura, comprimento de 70 cm e vão livre de
63 cm conforme ilustra a Figura 13.
63
Figura 13. Dimensões das vigas protótipo.
Fonte (autor)
A viga foi dimensionada para trabalhar no Domínio 2, então a seção se
encontrará parte tracionada e parte comprimida, ela sofrerá pouca ou nenhuma
fratura no concreto (esmagamento na parte comprimida) e escoamento do aço.
Terá um cobrimento de 2,5 cm da armadura principal, mínimo exigido pela NBR
6118.
A viga será confeccionada com quatro barras com diâmetro de 10 mm,
sendo duas posicionadas na parte inferiores da viga chamada de N2 aço CA50,
espaçada com 4,5 cm entre face; e mais duas na parte superior denominadas
de N3 aço CA50. O espaçamento entre as barras na vertical é de 14,50 cm
entre face. Também serão utilizados estribos denominados de N1, espaçados
de 12,6 cm entre face, totalizando seis estribos por viga, com diâmetro de
4,2mm aço CA60.
De acordo com os cálculos, a seção dimensionada tem uma resistência
de um momento fletor de 11,59 kn.m que representa uma carga de 110,44 kn.
O detalhamento da armadura está ilustrado na Figura 14.
64
Figura 14. Detalhamento da armadura viga protótipo
Fonte (Autor)
Serão confeccionadas seis vigas de tamanho real: duas será as de
referencia, sem reparo: duas vigas serão reparadas com um tipo de argamassa
e outras duas com outro tipo de argamassa. As dimensões da seção possuem
12 cm de largura, 30 cm de altura, 300 cm de comprimento e vão livre de 270
cm conforme ilustra a Figura 15.
Figura 15. Dimensões viga tamanho real.
Fonte (Autor)
A viga foi dimensionada para trabalhar no Domínio 2, então ela sofrerá
pouca ou nenhuma fratura no concreto (esmagamento na parte comprimida) e
escoamento do aço. Terá um cobrimento de 2,5 cm da armadura principal,
mínimo exigido pela NBR 6118.
Como nas vigas menores, será confeccionada com quatro barras com
diâmetro de 10 mm, sendo duas posicionadas na parte inferiores da viga
65
chamada de N2, espaçada com 4,5 cm entre face; e mais duas na parte
superior denominadas de N3. O espaçamento entre as barras na vertical é de
22,50 cm entre face. Também serão utilizados estribos denominados de N1,
espaçados de 12,2 cm entre face, totalizando vinte e cinco estribos por viga,
com diâmetro de 4,2mm.
De acordo com os cálculos, a seção dimensionada suporta um momento
fletor de 17,16 kn.m que representa uma carga de 38,15 kn. Teve uma
diminuição considerada de suporte de carga comparada com os protótipos,
devido ao aumento do vão livre sem que haja muita variação nas dimensões da
seção. O detalhamento da armadura está ilustrado na Figura 16.
Figura 16. Detalhamento da armadura viga tamanho real
Fonte (Autor)
4.4.4.3 Preparação da viga para ensaio
a) Layout do reparo
Para analise do layout serão analisados dois tipos de geometria, uma
trapezoidal e outra retangular.
Segundo a AFNOR NF P 18-851:1992, norma de avaliação de aderência
por flexão, o layout mais adequando para o reparo é aquele de forma
trapezoidal, sendo assim esse modelo será adotado para reparação das vigas.
O layout do reparo seguirá o esquema abaixo proposto na Figura 17.
66
Figura 17. Geometria trapezoidal reparo.
Fonte (Autor)
Outros tipos de geometria bem usual em reparo são os de geometria
retangular conforme o esquema apresentado na Figura 18 e Figura 19.
Figura 18. Geometria retangular reparo.
Fonte (Autor)
67
Figura 19. Geometria retangular reparo estendida.
Fonte (Autor)
O layout adotado para reparar as vigas maiores será aquele que
desenvolver melhores características dentre aqueles ensaiados nas vigas
menores. Logo o layout mais adequado será o abordado pela AFNOR 18-851
(1992) em um o formato de trapézio, conforme Figura 17 ou os usuais de
geometria retangular representado na Figura 18 e Figura 19. A Figura 20
representa como ficaria o esquema de uma geometria trapezoidal em uma viga
de tamanho real.
Figura 20. Esquema do layout do reparo em vigas de tamanho real.
Fonte (Autor)
b) Aparato para LVDT na viga protótipo
O Transformador Diferencial Variável Linear (LVDT) será acoplado à
viga através de um suporte para medir o deslocamento da linha neutra e sendo
assim amplitudes da flecha no meio da viga, onde os deslocamentos serão
máximos.
68
O projeto está esquematizado na Figura 21, sendo esse aparato usado
por Mazza (2010) em dimensões menores como ilustra a Figura 22.
Figura 21. Projeto de aparato para fixar o LVDT.
Fonte (Autor)
Figura 22. Esquema de ensaio de tração na flexão.
Fonte (MAZZA, 2010).
69
4.5 Metodologia terceira etapa
A terceira etapa será realizada os ensaios de tração na flexão e
cisalhamento direto para analise da aderência. A Figura 22 esquematiza
através de um fluxograma as etapas que serão seguidas para concretizar o
objetivo dessa terceira etapa.
Figura 23. Fluxograma detalhado 3° etapa.
3°Etapa: Analise do desempenho mecânico do
concreto (substrato) e argamassa de reparo
Programa experimental
Ensaios nas vigas
Determinação tração na flexão
Resistência ao cisalhamento direto (Método
proposto)
Resistência a tração na flexão
(NBR 12142:2010)
Resistência a aderência na flexão
Resistência a tração na flexão
(NBR 12142:2010)
Resistência ao cisalhamento direto
Fonte (Autor)
4.5.1 Ensaio das vigas
O comportamento mecânico do substrato de concreto e das argamassas
de reparo foi analisado com: resistência à tração na flexão a quatro pontos
(ABNT NBR 12142:1994), resistência de aderência ao cisalhamento na flexão
(AFNOR NF P 18-851:1992) e resistência ao cisalhamento.
4.5.1.1 Ensaio de tração na flexão
O ensaio de resistência à tração na flexão seguirá a NBR 12142:2010 e
busca avaliar o comportamento do concreto para servir de substrato de reparo
com argamassas diferentes. Este ensaio permiti a obtenção de valores de
carga de ruptura e de deslocamento (flecha) da amostra no meio do vão livre.
Espera-se avaliar o comportamento da aderência das argamassas de reparo
no substrato de concreto, através da análise das deformações sofridas pelos
diferentes materiais de reparo em relação ao substrato.
70
O ensaio será realizado com uma prensa modelo Instro HDx 1000 com
capacidade de carga de 1000 KN e com velocidade de carregamento de 1,0
Mpa por segundo, conforme recomendações da norma.
O ensaio consiste em apoiar a viga em dois suportes e aplicar a carga
em outros dois suportes, posicionados na parte superior da viga situado no
terço médio do vão, conforme Figura 24.
Figura 24. Esquema de aplicação da carga.
Fonte (Autor)
Dois dados de carga serão importantes no desenvolver do ensaio: o
primeiro a carga máxima de ruptura: o segundo é a flecha máxima.
A tensão de tração máxima é calculada de acordo a Equação 7:
σtf =Fr.L
bcp.h2 (7)
Onde:
𝜎𝑡𝑓 – Resistencia a tração na flexão (Mpa)
𝐹𝑟 – Carga de ruptura (N)
L – dimensão do vão entre apoios (mm)
𝑏𝑐𝑝 – largura do corpo de prova na seção (mm)
h – Altura do corpo de prova na seção (mm)
4.5.1.2 Resistência de aderência ao cisalhamento na flexão
A metodologia para avaliar a aderência no Brasil é bastante limitada,
tenso apenas a NBR 14081, que trata de um ensaio que avalia aderência por
tação direta, não avaliando a situação de estresse, por isso foi adotado a
71
metodologia empregada pela AFNOR 18-851 (1992), para avaliar a aderência
da com apoio do ensaio de tração na flexão.
Nesse trabalho, o método de ensaio selecionado foi o AFNOR NF P 18-
851:1992, em que a argamassa de reparo é aplicada a um substrato de
concreto prismático que possui uma reentrância (entalhe) em forma
trapezoidal, conforme a configuração da Figura 11. A análise do
comportamento do reparo se baseia na ABNT NBR 12142:1994 para
determinação da resistência à tração na flexão e no modo de ruptura. A
interpretação dos resultados depende do tipo de ruptura.
Dessa forma, o tipo de ruptura é fundamental para a interpretação dos
resultados, podendo ocorrer de cinco formas distintas: com a ruptura apenas
do concreto, sem comprometimento do sistema de reparo (Tipo C); com o
rompimento do reparo e propagação da fissura para o prisma de concreto,
agindo de forma monolítica (Tipo M), ou seja, com a argamassa rompendo por
tração na extremidade inferior da seção com posterior propagação da fissura
para o concreto; com o desprendimento da parte inclinada do reparo e
desenvolvimento da fissura para o concreto (Tipos I-1 e I-2) - nesses casos a
ruptura se dá na região inclinada da reentrância, com consequente propagação
da fissura para o concreto a partir da interface em sua região horizontal; e com
o desprendimento do reparo e subsequente rompimento do concreto (Tipo D),
conforme apresentados na Figura 25.
Figura 25. Tipos de ruptura possíveis.
Fonte (NF P 18-851 - AFNOR, 1992).
72
Caso o material de reparo tenha uma aderência muito baixa,
destacando-se facilmente do concreto, a resistência da peça não será
influenciada e apenas o concreto irá suportar a carga aplicada, rompendo a
partir da fibra inferior do concreto, após o desprendimento do material de
reparo. No caso de a argamassa de reparo possuir uma aderência
considerável, o concreto é favorecido e a peça pode suportar maiores
intensidades de solicitações. No entanto, como existem dois materiais distintos,
com propriedades diferenciadas e sob esforços também diferentes, a
argamassa com resistência à tração superior à do concreto pode aumentar a
capacidade de suporte ou, caso contrário, reduzi-la, quando comparado com
valores obtidos em corpos de prova compostos apenas de concreto.
- Ensaio das vigas de tamanho real
Os ensaios que seguirão nas vigas de tamanho real serão o mesmo do
que com os protótipos: resistência à tração na flexão a quatro pontos (ABNT
NBR 12.142:1994) e resistência de aderência ao cisalhamento na flexão
(AFNOR NF P 18-851:1992). Espera-se avaliar o comportamento da aderência
das argamassas de reparo no substrato de concreto, através da análise das
deformações sofridas pelos diferentes materiais de reparo em relação ao
substrato. Para isso a viga será instrumentada com extensometros no concreto
tracionado e reparo no meio da viga.
No entanto a prensa será em esquema de pórtico muito similar ao
representado na Figura 26.
Figura 26. Ensaio de tração na flexão vigas tamanho real.
Fonte (FERRARI et al, 2013)
73
4.5.2 Resistência de aderência ao cisalhamento direto
Esse ensaio segue a mesma metodologia do ensaio de cisalhamento na
argamassa no concreto. Consiste em colocar um corpo de prova, medindo 75 x
75 x 100 mm, em um aparato que decompõe uma carga vertical em forças
cisalhantes no corpo de prova. A diferença é que este corpo de prova será
moldado em duas camadas, uma primeira camada será de concreto
(substrato), de espessura de 32,5 mm; e uma segunda camada, com
espessura de 32,5 mm, de argamassa polimérica. Serão moldados 4 corpos de
prova para cada tipo de argamassa, dando um total de 20 cps. Com esse
ensaio será possível quantificar a resistência de aderência através da tensão
de cisalhamento. A Figura 27 demonstra o formato desejado do corpo de prova
e o esquema de aplicação das cargas.
Figura 27. Esquema do ensaio aderência no cisalhamento.
Fonte (Autor)
A figura 28 mostra o aparato já em uso em um ensaio de cisalhamento
em argamassa de cimento.
74
Figura 28. Aparato ensaio de cisalhamento.
Fonte (Autor)
4.6 Metodologia quarta etapa
O objetivo dessa etapa é realizar uma avalição da metodologia de
execução do reparo em estruturas do concreto e propor novas diretrizes que
adapte em uma determinada situação. A Figura 29 demonstra como esta
simplificada a quarta etapa.
Figura 29. Fluxograma 4° etapa.
4°Etapa: Avaliação do procedimento
executivo e a discursão de novas
diretrizes
Programa experimental
Visitas técnicas – acompanhamento
reparo
Estudo de caso
Fonte (Autor)
Para entender como é feito o procedimento está programada visitas
técnicas em duas obras onde se pretende realizar um estudo de caso e avaliar
junto ao profissional algumas etapas do processo:
75
- A definição precisa das peças da estrutura que está danificada e que
será necessário proceder ao reparo;
- Determinação da capacidade resistente residual da estrutura, ou peça
estrutural (viga) definindo o tipo, intensidade e extensão do reparo, essa
analise visa determinar se a viga requer ou não escoramento quando estiver
em serviço ou durante o serviço de execução;
- Indicação necessária do procedimento de escoramento, quando
necessário;
- Avaliação do grau de segurança em que se encontra a estrutura,
antes, durante e depois da execução do reparo;
- Escolha da técnica executiva a utilizar e o layout mais adequado para
determinada solicitação.
76
5 VIABILIDADE E FINANCIAMENTO
A Universidade Federal da Bahia (UFBA) tem a disposição todos os
laboratórios e equipamentos que serão necessários para realização de todos
os ensaios de caracterização e ensaios mecânicos.
Os ensaios de caracterização serão feitos no Laboratório de argamassa
(CETA) do departamento de materiais (DCTM)
As vigas serão reparadas com argamassa polimérica e posteriormente
levada a ensaio na prensa Instro HDX 1000 com capacidade de 1000 kN, que
esta disponível no Laboratório de Estrutura S.P. Timoshenko na Escola
Politécnica.
Um orçamento preliminar foi desenvolvido com preços na base de dados
da Sinapi - BA e quantitativo estimado para confecção de 48 vigas com
dimensões 0.12 x 0.20 x 0,70 m e 6 vigas com dimensões de 0.12 x 0,30 x 3.0
m, como pode ser visto na Quadro 6 abaixo.
A pesquisa já está viabilizada com projetos desenvolvidos pelo Prof.
Jardel Pereira Gonçalves.
Quadro 6. Planilha orçamentária sintética.
Item Código Banco Descrição Und Quan. Valor
Unit Total
1 84220 SINAPI Forma para estruturas de concreto = 12mm M2 6,05 R$24,91 R$150,71
2 6045 SINAPI Concreto fck=15mpa, preparo com betoneira M3 1,50 R$333,34 R$500,01
3 74254/002 SINAPI Armação KG 70 R$7,24 R$506,80
4 130 SINAPI Argamassa polimerica de reparo estrutural, KG 23 R$3,19 R$73,37
Total R$1231,32
Fonte (autor).
77
6.0 RESULTADOS ESPERADOS
O que se espera da pesquisa é conseguir resolver os problemas
pertinentes à execução da argamassa, falta de padronização e
desconhecimento das propriedades mecânicas podendo contribuir com o
conhecimento cientifico.
No entanto, no fim dessa pesquisa almeja-se de forma geral qualificar as
propriedades mecânicas das argamassas de reparo. Espera-se também:
- Avaliação do comportamento mecânico do sistema argamassa e
substrato;
- Quantificar através de diversos ensaios as propriedades e discutir
quais argamassas estão atendendo o mínimo de desempenho;
- Através dos ensaios de aderência concluir que essa é uma das mais
importantes características da argamassa de reparo e comprovar se as
argamassas poliméricas atendem ou não esse requisito;
- Com os estudos de caso avaliar os procedimentos de execução
orientando os profissionais para um correto trabalho.
78
7 CRONOGRAMA
A Figura 30 mostra o cronograma da pesquisa.
Figura 30. Cronograma da pesquisa.
ITEM ATIVIDADES INICIO TÉMINOQ1 17 Q2 17Q3 16
janoutabrfev jul
1 29/07/201627/06/2016Estudo bibliométrico
3 14/12/201601/12/2016Aquisição dos materiais
5 10/01/201804/01/2017Defesa do projeto
27/06/201719/06/2017Reparação e locação dos
extensometros
fev
%
Concluída
100%
0%
0%
0%
6 0%31/01/201818/01/2017Caracterização da argamassa
7 0%27/02/201701/02/2017Moldagem da vigas pequenas
0%16/12/201615/12/2016Caracterização dos agregados
Q1 16
jan junmai dez
8 0%27/03/201727/02/2017Ensaios mecanicos (caracterização
concreto)
11 0%20/03/201717/03/2017Preparação das vigas (desenhos das
malhas)
12
9 0%07/03/201701/03/2017Ensaios mecânicos (caracterização
argamassa)
0%31/03/201721/03/2017Ensaio de tração na flexão 4 pontos
nas vigas pequenas.
15
13 0%07/04/201703/04/2017Analise de resultados
0%05/06/201701/06/2017qualificação
2 35%30/01/201827/06/2016Revisão bibliográfica
10 0%16/03/201708/03/2017Preparação das vigas para ensaio
Q4 16
abr
16
17
Q2 16
set
4
0%02/06/201701/05/2017Moldagem das vigas grandes
0%16/06/201707/06/2017Preparação das vigas para reparo
14 0%04/04/201703/04/2017Ensaio de resistência a cisalhamento
(argamassa e substrato)
18
20
19 0%30/06/201727/06/2017Ensaio de tração na flexão
0%21/07/201703/07/2017Ajustes dos ensaios
22 0%29/09/201701/09/2017Analise geral dos resultados
24
23 0%30/11/201702/10/2017Redação e ajuste da dissertação
0%14/12/201701/12/2017Defesa
mai
Q3 17 Q4 17
jun jul set out dez
Q1 18
jan fev
21 0%30/08/201701/08/2017Visita técnica (Estudo de caso)
Fonte (Autor)
79
8 REFERÊNCIAS
AL-DULAIJAN, S.U., M.M. AL-ZAHRANI, H. SARICIMEN, M. MASLEHUDDIN, M. SHAMEEM AND T.A. ABBASI, 2002. Effect of rebar clean lines sand repair material sonrein for cement corrosion and flexural strength of repaired concrete beams. Cementand Concrete Composite, 24: 139-149. ANDRADE, C. Manual para Diagnóstico de Obras Deterioradas por Corrosão de Armaduras. Editora Pini. São Paulo, 1992. ANDRADE, J.J O. Durabilidade das estruturas de concreto armado: analise das manifestações patológicas nas estruturas do estado de pernanbuco. 1997. 148p. Dissertaçãp (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Porto Alegre. ARANHA, P.M.S. Contribuição ao Estudo das Manifestações Patológicas em Estruturas de Concreto Armado na Região Amazônica. 1994. 144f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1994. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 23: Cimento portland e outros materiais em pó - Determinação da massa específica – Procedimento. Rio de Janeiro, 2001. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 45: Agregados – Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Procedimento. Rio de Janeiro, 2006. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 46: Agregados – Determinação do material fino que passa através da peneira 75. Procedimento. Rio de Janeiro, 2003. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 52: Agregado miúdo - Determinação da massa específica e massa especifica aparente. Procedimento. Rio de Janeiro, 2009. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 53: Agregado graúdo - Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Procedimento. Rio de Janeiro, 2009. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 65: Cimento portland - Determinação do tempo de pega. Procedimento. Rio de Janeiro, 2003.
80
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 67: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone Procedimento. Rio de Janeiro, 1998. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 248: Agregados - Determinação da composição granulométrica. Procedimento. Rio de Janeiro, 2003. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto - Ensaio de compressão em corpos de prova cilíndricos Procedimento. Rio de Janeiro, 2007. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6467: Agregados – Determinação do inchamento de agregado miúdo. Procedimento. Rio de Janeiro, 2006. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7215: Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão. Procedimento. Rio de Janeiro, 1997. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7222: Argamassa e concreto – Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Procedimento. Rio de Janeiro, 2011. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12142: Concreto – Determinação da resistência à tração na flexão de corpos de prova prismáticos. Rio de Janeiro, 2010. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13276: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos - Preparo da mistura e determinação do índice de consistência . Rio de Janeiro, 2005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575-2: Edificações habitacionais – Desempenho – Parte 2: requisitos para os sistemas estruturais. Rio de Janeiro, 2013. ASSOCIATION FRANÇAISE DE NORMALISATION. AFNOR NF P 18-851: Produits ou systèmes de produits à base de résines synthétiques ou de liants hydrauliques destinés aux réparations de surface du béton durci. - Essai de flexion sur éprouvette évidée et reconstituée. Bruxelas, 1992. AZEREDO, H.A. O edifício até sua cobertura. Editora Edgard Blücher. São Paulo, 1997.
81
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