CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DAS PROPRIEDADES DAS
ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO NO ESTADO FRESCO
ENG. JOSÉ GETULIO GOMES DE SOUSA
TESE DE DOUTORADO EM ESTRUTURAS E
CONSTRUÇÃO CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL
FACULDADE DE TECNOLOGIA
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DAS PROPRIEDADES DAS
ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO NO ESTADO FRESCO
ENG. JOSÉ GETULIO GOMES DE SOUSA
ORIENTADOR: PROF. DR. ELTON BAUER
TESE DE DOUTORADO EM ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO
CIVIL
PUBLICAÇÃO: E.TD – 010A / 05
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DAS PROPRIEDADES DAS
ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO NO ESTADO FRESCO
JOSÉ GETULIO GOMES DE SOUSA
TESE DE DOUTORADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE
TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE
DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU
DE DOUTOR EM ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL.
FICHA CATALOGRÁFICA
SOUSA, JOSÉ GETULIO GOMES DE
Contribuição ao Estudo das Propriedades das Argamassas de Revestimento no Estado Fresco. [Distrito Federal, 2005].
xxiv, 233p., 297 mm (ENC/FT/UnB, Doutor, Estruturas e Construção Civil, 2005). Tese de Doutorado – Universidade de Brasília.
Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
1. Argamassas 2. Trabalhabilidade
3. Reologia 4. Revestimento
I. ENC/FT/UnB II. Título (série)
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
SOUSA, J. G. G. (2005). Contribuição ao Estudo das Propriedades das Argamassas de Revestimento no Estado Fresco. Tese de Doutorado, Publicação E.TD 010A/05, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 233p.
CESSÃO DE DIREITOS
AUTOR: José Getulio Gomes de Sousa.
TÍTULO: Contribuição ao Estudo das Propriedades das Argamassas de Revestimento no Estado Fresco.
GRAU: Doutor ANO: 2005
É concedida à Universidade de Brasília permissão para reproduzir cópias desta tese de doutorado e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta dissertação de mestrado pode ser reproduzida sem autorização por escrito do autor.
_________________________________ José Getulio Gomes de Sousa
Rua Dom Vilas Boas, 79
Bairro: Jardim 13 de Maio – CEP 58725-220 – João Pessoa/PB – Brasil E-mail: jose.getulio@univasf.edu.br
DEDICATÓRIA
A Deus,
por sempre guiar meus passos.
AGRADECIMENTOS
Ao se concluir um trabalho como este, tão importante para a minha realização pessoal e profissional, faz-se necessário ressaltar o incentivo, a contribuíram ou participação, direta ou indireta, de pessoas no desenvolvimento e na elaboração do mesmo. A todas elas, os meus sinceros agradecimentos.
Ao professor e orientador Elton Bauer, pela confiança e reconhecimento do meu trabalho desde o início, mediante uma orientação competente e provedora de conhecimentos, durante toda a sua realização.
Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília pelos ensinamentos transmitidos ao longo do curso e pela amizade, em especial aos professores: Antônio Alberto Nepomuceno, Elton Bauer, Guilherme S. Soares A. Melo e Rosa Maria Sposto.
À Universidade de Brasília por subsidiar, física e financeiramente, a realização deste trabalho e à Universidade Federal do Vale do São Francisco, instituição da qual faço parte, pelo incentivo durante a conclusão do mesmo.
Aos Laboratórios de Ensaio de Materiais e Geotecnia, nas pessoas dos professores Elton Bauer e José Camapum de Carvalho, pela disponibilidade na realização dos ensaios, por meio do uso de instalações e equipamentos, além da utilização de materiais, de extrema importância para o desenvolvimento deste trabalho.
Aos técnicos dos laboratórios deste departamento: Severino, Xavier (Laboratório de Ensaio de Materiais), Alessandro, Ricardo (Laboratório de Geotecnia) pelo auxílio na execução dos ensaios.
Ao Centro Tecnológico de Engenharia Civil de Furnas Centrais Elétricas S. A., e à empresa ICAL-Indústria de Calcinação Ltda pela viabilização na caracterização do cimento e da cal utilizados na pesquisa.
Ao senhor José Gonçalves, Chefe do Centro de Manutenção de Equipamentos da Universidade de Brasília (CME/UnB), pela colaboração, incondicionalmente, prestada tendo em vista o desenvolvimento dos experimentos desta tese.
Aos alunos do Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília, em especial: Carla, Cláudio, Dirceu, Élvio, Isaura, Nielsen, Patrícia e Sávio, pelas valiosas discussões, além da amizade, companheirismo, ajuda e incentivo.
A todos os amigos Engenheiros Civis formados pela Universidade Federal da Paraíba no segundo semestre de 1998, principalmente àqueles que vieram para Brasília, continuar os estudos: Andréa, Edith, Glauceny, Gustavo, Luciano, Marculino, Silvrano, pela amizade e companheirismo.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq pelo suporte financeiro.
À minha tia, Edjane, e ao meu primo, Murilo, que me acolheram carinhosamente em Brasília, como um membro da família; à tia Socorro, que esteve sempre presente, auxiliando-me e aos meus avós Genival e Lurdinha por estarem presentes em minha vida.
À minha mãe, Maria de Fátima, pela dedicação e incentivo intenso na minha formação, com valorosos conselhos, que me levaram sempre a decisões coerentes. A meu pai, Francisco Rodrigues, pelos poucos, mas saudosos, momentos que passamos juntos. A meu irmão, Judas Tadeu, pelo incentivo e conselhos importantes para a minha formação. À minha esposa, Magna, pelo apoio incondicional durante o desenvolvimento deste trabalho e à minha filha Laís, que serviu de fonte inspiradora nos momentos difíceis.
A todos os meus amigos e familiares que, de certa forma, contribuíram para que chegasse este momento.
RESUMO
CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DAS PROPRIEDADES DAS
ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO NO ESTADO FRESCO
Autor: José Getulio Gomes de Sousa Orientador: Elton Bauer
Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil Brasília, novembro de 2005
O presente trabalho avalia experimentalmente as propriedades das argamassas de revestimento no estado fresco, tendo em vista obter parâmetros capazes de definir condições de trabalhabilidade. O estudo foi desenvolvido em argamassas mistas de cimento, cal e areia, tradicionalmente utilizadas na execução dos sistemas de revestimento, porém com propriedades no estado fresco ainda pouco caracterizadas. Como ferramentas, foram utilizadas a mesa de consistência, o ensaio de penetração de cone, vane test, cisalhamento direto e perda de água sob sucção. Os parâmetros fornecidos pelos métodos foram maximizados e minimizados (em faixas de argamassas trabalháveis e não trabalháveis) a partir de variações na granulometria, teor de água, teor e natureza dos aglomerantes.
Os resultados demonstraram certa correlação entre os métodos durante a análise de um mesmo grupo de argamassa. Os valores de espalhamento (mesa de consistência) e penetração de cone apresentaram sensibilidade durante a avaliação da consistência. Entretanto, no método vane test, a possibilidade de determinação da tensão de escoamento permitiu uma avaliação mais precisa da consistência. Os parâmetros determinados no ensaio de cisalhamento direto (coesão e atrito interno) favoreceram uma análise da interação entre as partículas da argamassa, facilitando ou dificultado o cisalhamento entre as camadas. Os resultados indicaram a existência de certo teor de aglomerante, que deve estar presente para minimizar o atrito entre os grãos de agregado e favorecer a coesão entre as partículas (coesão da argamassa). Complementando o estudo, o ensaio de perda de água sob sucção definiu faixas bastante diferenciadas de argamassas com características trabalháveis e não trabalháveis.
Valores de penetração de cone entre 45 e 55 mm, espalhamento entre 260 e 270 mm, tensão de escoamento em torno de 1,25 kPa, perda de água menor que 15%, coesão maior que 8 kPa e ângulo de atrito interno menor que 30o podem ser adotados como referência de argamassas mistas de cimento e cal, trabalháveis para um processo de aplicação manual.
ABSTRACT
CONTRIBUTION TO THE STUDY OF PROPERTIES OF FRESH
RENDERING MORTAR
Author: José Getulio Gomes de Sousa Advisor: Elton Bauer
Post-Graduation Program on Structures and Civil Construction Brasilia, November 2005
The present work makes an experimental assessment of the properties of fresh rendering mortar, aiming at obtaining parameters capable of defining conditions of workability. The study was developed in mortars of cement, lime, and sand mix, traditionally used in the execution of rendering systems, but with the fresh state properties still very little characterized. As tools, the methods used were the flow table, cone penetration, vane test, direct shear, and loss of water under suction. The parameters given by the methods were maximized and minimized (in workable and non-workable ranges of mortar) with variations in granulometric distribution, content of water, and content and nature of binders.
The results showed a certain correlation between the methods during the analysis of a same group of mortar. The values of spreading (flow table) and cone penetration presented sensitivity during the evaluation of consistency. However, in the vane test method, the possibility of determining the yield stress enabled a more precise assessment of consistency. The parameters determined in the direct shear essay (cohesion and internal friction) favored an analysis of the interaction among mortar particles, making the shearing between layers easier or more difficult. The results indicated the existence of a certain content of binder which should be present to minimize the friction between the grains of aggregate and favor the cohesion between the particles (cohesion of mortar). Complementing the study, the essay of water loss under suction defined much differentiated ranges of mortars with workable and non-workable characteristics.
Values of cone penetration from 45 to 55 mm, spreading from 260 to 270 mm, yield stress around 1.25 kPa, water loss less than 15%, cohesion greater than 8 kPa, and angle of internal friction less than 30o, can be adopted as a reference for mortars of cement and lime mix, workable for a process of manual application.
SUMÁRIO
Capítulo página
Resumo vii Abstract viii
Lista de Tabelas xiii
Lista de Figuras xvii
Lista de Símbolos e Abreviações xxii
1- INTRODUÇÃO 1 1.1- IMPORTÂNCIA DO TEMA 1 1.2- OBJETIVOS DA PESQUISA 6 1.3- ORIGINALIDADE DO TEMA 6 1.4- ESTRUTURA DA TESE 7 2- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 9
2.1- EMBASAMENTO TEÓRICO SOBRE REOLOGIA 9
2.1.1- Fluidos newtonianos 10
2.1.2- Fluidos não newtonianos 12
2.1.2.1- Fenômenos não-newtonianos não dependentes do tempo 12 2.1.2.2- Fenômenos não-newtonianos dependentes do tempo 17
2.1.2.3- Viscoelasticidade 19
2.1.3- Princípio das técnicas utilizadas no estudo da reologia 21
2.1.3.1- Viscosimetria 21
2.1.3.2- Reometria 24
2.1.3.3- A técnica creep/recovery 26 2.2- PARÂMETROS DA MECÂNICA DOS SOLOS: TENSÃO DE
CISALHAMENTO, ATRITO INTERNO E COESÃO 29
2.2.1- Atrito interno 30
2.2.2- Coesão 32
2.2.3- Critérios de ruptura 33
2.3- PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS NO ESTADO FRESCO 38
2.3.2- Propriedades das argamassas relacionadas à produção dos revestimentos 40
2.3.2.1- Trabalhabilidade das argamassas 40
2.3.2.2- Consistência e plasticidade 44
2.3.2.3- Retenção de água 47
2.3.2.4- Exsudação 48
2.3.2.5- Teor de ar incorporado 48
2.3.2.6- Adesão 49
2.4- TÉCNICAS E ENSAIOS USUAIS NA CARACTERIZAÇÃO DAS
ARGAMASSAS NO ESTADO FRESCO 54
2.4.1- Técnicas convencionais 55
2.4.2- Técnicas reológicas 57
2.4.2.1- Tattersall two-point test 57
2.4.2.2- Bertta apparatus 59 2.4.2.3- O BTRHEOM Rheometer 60
2.4.2.4- CEMAGREF-IMG 61
2.4.2.5- Reômetro desenvolvido na Universidade Federal de São Carlos 62 2.4.2.6 – Considerações sobre as técnicas reológicas 63 2.5- CARACTERIZAÇÃO DOS ENSAIOS UTILIZADOS DURANTE A
PESQUISA 65
2.5.1- Ensaio da mesa de consistência 66
2.5.2- Ensaio de penetração de cone 69
2.5.3- Método vane test ou ensaio de palheta 73
2.5.4- Ensaio de cisalhamento direto 81
3- PROGRAMA EXPERIMENTAL 85
3.1- ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA EXPERIMENTAL 85
3.2- MATERIAIS 87
3.2.1- Cimento 87
3.2.2- Cal 88
3.2.3- Agregados 90
3.3- DESCRIÇÃO DOS MÉTODOS DE ENSAIO UTILIZADOS 93
3.3.1- Procedimento de preparo e mistura das argamassas 93
3.3.2- Ensaio de penetração de cone 94
3.3.4- Ensaio da mesa de consistência 97
3.3.5- Ensaio de perda de água sob sucção 98
3.3.6- Ensaio de cisalhamento direto 100
3.4- ESTUDO PILOTO – AVALIAÇÕES PRELIMINARES 103
3.4.1- Apresentação do estudo piloto 103 3.4.2- Procedimento de mistura e seqüência de dosagem das argamassas no estudo
piloto 106
3.4.3- Apresentação dos resultados do estudo piloto 107
3.5- PROJETO EXPERIMENTAL 110
3.5.1- Projeto experimental I – Avaliação do método de penetração de cone 111
3.5.2- Projeto experimental II – Avaliação do método vane test 112 3.5.3- Projeto experimental III – Avaliação do método da mesa de consistência 113
3.5.4- Projeto experimental IV – Avaliação do método de perda de água 114
3.5.5- Projeto experimental V – Avaliação do método de cisalhamento direto 115 3.5.6- Projeto experimental VI – influência do teor de cimento nas propriedades das
argamassas no estado fresco 116
4- APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 118
4.1- PROJETO EXPERIMENTAL I – AVALIAÇÃO DO MÉTODO DE
PENETRAÇÃO DE CONE 118
4.2- PROJETO EXPERIMENTAL II – AVALIAÇÃO DO MÉTODO VANE TEST 123 4.4- PROJETO EXPERIMENTAL III – AVALIAÇÃO DO MÉTODO DA MESA
DE CONSISTÊNCIA 126
4.4- PROJETO EXPERIMENTAL IV – AVALIAÇÃO DO MÉTODO DE PERDA
DE ÁGUA SOB SUCÇÃO 129
4.5- PROJETO EXPERIMENTAL V – AVALIAÇÃO DO MÉTODO DE
CISALHAMENTO DIRETO 140
4.6- PROJETO EXPERIMENTAL VI – INFLUÊNCIA DO TEOR DE CIMENTO
NAS PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS NO ESTADO FRESCO 149
5- DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 153
5.1- COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS OBTIDOS PELOS MÉTODOS
5.1.1- Comparação entre os resultados de penetração de cone e tensão de
escoamento 153
5.1.2- Comparação entre os resultados de penetração de cone e espalhamento 155 5.1.3- Comparação entre os resultados de tensão de escoamento e espalhamento 157 5.1.4- Comparação entre os resultados de tensão de escoamento com os resultados
de coesão e ângulo de atrito interno 160
5.1.5- Comparação entre os resultados de espalhamento, coesão e ângulo de atrito
interno 163
5.2- ANÁLISE DAS CONDIÇÕES DE TRABALHABILIDADE COM BASE NOS RESULTADOS FORNECIDOS PELOS DIFERENTES MÉTODOS DE
ENSAIO 167
5.3- ANÁLISE DOS PARÂMETROS DE MISTURA 175
6- CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 180
6.1- CONCLUSÕES 180
6.2- RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 185
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 186
APÊNDICES 195
APÊNDICE A- CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS 196
APÊNDICE B- RESULTADOS DO ESTUDO PILOTO 199
APÊNDICE C- RESULTADOS DO PROJETO EXPERIMENTAL I 200
APÊNDICE D- RESULTADOS DO PROJETO EXPERIMENTAL II 206 APÊNDICE E- RESULTADOS DO PROJETO EXPERIMENTAL III 209 APÊNDICE F- RESULTADOS DO PROJETO EXPERIMENTAL IV 212
LISTA DE TABELAS
Tabela Página
Tabela 2.1- Resumo das características de um sólido elástico, fluido viscoso e fluido
viscoelástico (MACHADO, 2002) 21
Tabela 2.2- Valores típicos de ângulo de atrito interno de areias (PINTO, 2000) 36 Tabela 2.3- Fatores com influência direta nos valores do ângulo de atrito das areias
(adaptado de PINTO, 2000) 37
Tabela 2.4- Fatores que influenciam a trabalhabilidade do concreto no estado fresco
(PETRUCCI, 1987) 40
Tabela 2.5- Classificação das propriedades do concreto no estado fresco
(TATTERSALL, 1976) 41
Tabela 2.6- Fatores que influenciam a trabalhabilidade das argamassas (BAUER,
2004) 42
Tabela 2.7- Definições sobre trabalhabilidade aplicadas às argamassas de
revestimento 42
Tabela 2.8- Alguns exemplos de testes que se correlacionam com um fator (tensão
de escoamento ou viscosidade) 56
Tabela 2.9- Medidas de viscosidade e tensão de escoamento realizadas por diferentes
reômetros (BANFILL et al., 2000). 65
Tabela 2.10- Valores de índice de consistência encontrados na literatura 66 Tabela 2.11- Particularidades operacionais do método de penetração de cone 71 Tabela 2.12- Resumo dos resultados de penetração de cone obtidos no estudo de
ANGELIM (2000) 73
Tabela 3.1- Ensaios físicos realizados no cimento. 87 Tabela 3.2- Ensaios químicos realizados no cimento. 88
Tabela 3.3- Características físicas da cal. 89
Tabela 3.4- Características químicas da cal. 89
Tabela 3.5- Composição dos agregados em termos das frações consideradas na
pesquisa 91
Tabela 3.6- Caracterização física dos agregados utilizados na pesquisa 92 Tabela 3.7- Avaliação preliminar da consistência pelo método de penetração de cone 109 Tabela 3.8- Valores das relações Aglomerante/Agregado e Água/Agregado
Tabela 4.1- Resumo das proporções entre os materiais constituintes das argamassas
estudas de cada série 123
Tabela 4.2- Caracterização das etapas do ensaio da Mesa de Consistência 127 Tabela 4.3- Resumo dos resultados de tensão de cisalhamento máxima (Tm) com seus respectivos valores de deformação horizontal (Dh) para cada série de argamassa 147 Tabela 5.1- Propriedades empíricas avaliadas durante o estudo das argamassas 167 Tabela 5.2- Avaliação empírica das argamassas estudas nos projetos experimentais 168 Tabela 5.3- Comparação entre os resultados obtidos nos projetos experimentais 172 Tabela 5.4- Resumo dos parâmetros medidos pelos métodos de ensaio 173 Tabela A.1- Granulometria das faixas utilizadas na composição dos agregados 195 Tabela A.2- Granulometria dos agregados utilizados na composição das argamassas 195 Tabela A.3- Propriedades dos agregados utilizados na composição das argamassas 195 Tabela A.4- Granulometria a laser do cimento utilizado na composição das
argamassas 197
Tabela A.5- Granulometria a laser da cal utilizada na composição das argamassas 198 Tabela B.1- Resultados das composições das argamassas obtidas no estudo de dosagem, considerando cada tipo de agregado – Avaliador I 199 Tabela B.2- Resultados das composições das argamassas obtidas no estudo de dosagem, considerando cada tipo de agregado – Avaliador II 199 Tabela B.3- Resultados das composições das argamassas obtidas no estudo de dosagem, considerando cada tipo de agregado – Avaliador III 199 Tabela C.1- Valores de penetração de cone em função das variações nos teores de
aglomerante e água – Série AG 1 200
Tabela C.2- Valores estimados de relação Água/Agregado para valores de penetração de cone iguais a 45, 50 e 55 mm – Série AG 1 200 Tabela C.3- Valores de penetração de cone em função das variações nos teores de
aglomerante e água – Série AG 2 201
Tabela C.4- Valores estimados de relação Água/Agregado para valores de penetração de cone iguais a 45, 50 e 55 mm – Série AG 2 201 Tabela C.5- Valores de penetração de cone em função das variações nos teores de
aglomerante e água – Série AG 3 202
Tabela C.6- Valores estimados de relação Água/Agregado para valores de penetração de cone iguais a 45, 50 e 55 mm – Série AG 3 202
Tabela C.7- Valores de penetração de cone em função das variações nos teores de
aglomerante e água – Série AG 4 203
Tabela C.8- Valores estimados de relação Água/Agregado para valores de penetração de cone iguais a 45, 50 e 55 mm – Série AG 4 203 Tabela C.9- Valores de penetração de cone em função das variações nos teores de
aglomerante e água – Série AG 5 204
Tabela C.10- Valores estimados de relação Água/Agregado para valores de penetração de cone iguais a 45, 50 e 55 mm – Série AG 5 204 Tabela C.11- Valores de penetração de cone em função das variações nos teores de
aglomerante e água – Série AG 4C (com cimento) 205
Tabela D.1- Valores de tensão de escoamento pelo método vane test em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 1 206 Tabela D.2- Valores de tensão de escoamento pelo método vane test em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 2 206 Tabela D.3- Valores de tensão de escoamento pelo método vane test em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 3 207 Tabela D.4- Valores de tensão de escoamento pelo método vane test em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 4 207 Tabela D.5- Valores de tensão de escoamento pelo método vane test em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 5 208 Tabela D.6- Valores de tensão de escoamento pelo método vane test em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 4C (com cimento) 208 Tabela E.1- Valores de espalhamento pelo método da Mesa de Consistência em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 1 209 Tabela E.2- Valores de espalhamento pelo método da Mesa de Consistência em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 2 209 Tabela E.3- Valores de espalhamento pelo método da Mesa de Consistência em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 3 210 Tabela E.4- Valores de espalhamento pelo método da Mesa de Consistência em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 4 210 Tabela E.5- Valores de espalhamento pelo método da Mesa de Consistência em função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 5 211 Tabela E.6- Valores de espalhamento pelo método da Mesa de Consistência em
função das variações nos teores de aglomerante e água – Série AG 4C 211 Tabela F.1- Valores de Retenção de água Série – AG 1 212 Tabela F.2- Valores de Retenção de água Série – AG 2 212 Tabela F.3- Valores de Retenção de água Série – AG 3 212 Tabela F.4- Valores de Retenção de água Série – AG 4 213 Tabela F.5- Valores de Retenção de água Série – AG 5 213 Tabela F.6- Valores de Retenção de água Série – AG 4C 213 Tabela G.1- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG1-5,5 214 Tabela G.2- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG1-16,5 215 Tabela G.3- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG1-27,5 216 Tabela G.4- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG2-5,5 217 Tabela G.5- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG2-16,5 218 Tabela G.6- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG2-27,5 219 Tabela G.7- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG3-5,5 220 Tabela G.8- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG3-16,5 221 Tabela G.9- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG3-27,5 222 Tabela G.10- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG4-5,5 223 Tabela G.11- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG4-16,5 224 Tabela G.12- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG4-27,5 225 Tabela G.13- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG5-5,5 226 Tabela G.14- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG5-16,5 227 Tabela G.15- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG5-27,5 228 Tabela G.16- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG4C-5,5 229 Tabela G.17- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG4C-16,5 230 Tabela G.18- Resultados do ensaio de cisalhamento direto – Série AG4C-27,5 231 Tabela G.19- Resumo dos resultados de tensão de cisalhamento máxima, coesão e
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
Figura 2.1- Esquema ilustrativo do experimento de Newton para a determinação da
viscosidade de fluídos 11
Figura 2.2- Hipótese de Reynolds para a dilatância (NAVARRO, 1997) 14 Figura 2.3- Comportamento da tensão de cisalhamento x taxa de cisalhamento 17
Figura 2.4- Fluidos tixotrópicos 18
Figura 2.5- Alguns exemplos mecânicos (sistema mola amortecedor) utilizados para modelar o comportamento viscoelástico – (a) Modelo de Maxwell e (b)
Kelvin-Voigt. 20
Figura 2.6- Seqüência de execução do ensaio utilizando um procedimento
oscilatório (ROSAS, 2003) 25
Figura 2.7- Casos extremos, clássicos, obtidos durante uma análise por processo
oscilatório (ROSAS, 2003) 25
Figura 2.8- Resposta de vários tipos de materiais durante a aplição da técnica creep/recovery: (a) aplicação da tensão por um determinado tempo, (b) sólido elástico, (c) líquido viscoso, (d) sólido viscoelástico, (e) líquido viscoelástico
(STRUBLE et al., 2001) 26
Figura 2.9- Aplicação da técnica creep/recovery no estudo de pastas de cimento em níveis de tensões abaixo e acima da transição sólido-líquido.( STRUBLE et al.,
2001) 28
Figura 2.10- Tensão de escoamento como uma função do tempo de hidratação de pastas de cimento no estado fresco (STRUBLE et al., 2001) 28 Figura 2.11- Esquema demonstrando o problema de deslizamento entre dois corpos
(PINTO, 2000) 31
Figura 2.12- Transmissão de força entre partículas de areia e argila (PINTO, 2000) 32 Figura 2.13- Efeito da pressão capilar entre partículas causando a coesão aparente 33 Figura 2.14- Representação do critério de ruptura de Coulomb (CAPUTO, 1988) 34 Figura 2.15- Resultados típicos de cisalhamento em areias – (a) areia fofa e (b) areia
compacta (PINTO, 2000) 35
Figura 2.16- Relação entre a tensão de cisalhamento e tensão normal - caso das
Figura 2.17- Relação entre constituintes e as propriedades de argamassas (RAGO e
CINCOTTO, 1997) 46
Figura 2.18- Caso geral do escoamento de um fluido em um plano inclinado (DE
LARRARD, 1999) 50
Figura 2.19- Aplicação de um fluido em uma superfície vertical (DE LARRARD,
1999) 51
Figura 2.20- Tendência ao escorregamento seguido de destacamento observado nas argamassas, instantes após a sua aplicação no substrato 53 Figura 2.21- Comportamento reológico dos materiais (FERRARIS, 1999) 54 Figura 2.22- Esquema do equipamento desenvolvido por Tattersall – Two point test
(TATTERSALL et al., 1979) 58
Figura 2.23- BML viscometer (BANFILL et al. 2000) 59 Figura 2.24- IBB Concrete Rheometer (BANFILL et al. 2000) 59
Figura 2.25- Reômetro BTRHEOM (DE LARRARD, 1999) 60
Figura 2.26 – CEMAGREF-IMG (BANFILL et al. 2000) 61
Figura 2.27- Esquema da instrumentação utilizada pelo equipamento (BANFILL et
al. 2000) 62
Figura 2.28- Reômetro desenvolvido pela Universidade de São Carlos (PILEGGI,
2001) 63
Figura 2.29- Esquema da estrutura encontrada nos dois tipos de argamassa (a) Argamassa com aditivo incorporador de ar e (b) Argamassa mista de cimento e cal (BAUER et al., 2005)
67
Figura 2.30- Comportamento das argamassas mistas de cimento e cal em função do número de golpes na mesa de consistência (SOUSA e BAUER, 2002) 68 Figura 2.31- Geometria dos dispositivos utilizados para avaliar a consistência de argamassas a partir da profundidade de penetração 70 Figura 2.32- Características do dispositivo em forma de cone utilizado no ensaio 71 Figura 2.33 – Esquema da palheta utilizada no ensaio e da superfície cisalhada
durante o ensaio com o vane tester 74
Figura 2.34- Exemplos de equipamentos que utilizam o método vane test 75 Figura 2.35- Resultado da avaliação a partir de uma taxa de deformação constante
a) e avaliação a partir de uma tensão (torque) constante b) 76 Figura 2.36- Bases de medida utilizadas no equipamento vane tester (modificado de
LIDDELL et al., 1996). 77 Figura 2.37- Relação entre as dimensões da palheta e do recipiente (modificado de
NGUYEN et al. (1985)) 79
Figura 2.38- Esquema do procedimento utilizado no ensaio de cisalhamento direto 82
Figura 2.39- Resultados fornecidos pelo ensaio 83
Figura 3.1- Etapas de desenvolvimento da pesquisa 86 Figura 3.2- Curva granulométrica do cimento e da cal utilizados na pesquisa 90 Figura 3.3- Curva granulométrica das faixas granulométricas consideradas na
composição dos agregados utilizados no estudo 91
Figura 3.4- Curva granulométrica dos agregados utilizados na composição das
argamassas 92
Figuras 3.5- Dispositivos utilizados durante o ensaio de penetração de cone 95
Figura 3.6- Dispositivos utilizados pelo método vane test 97
Figura 3.7- Ensaio da mesa de consistência 98
Figura 3.8- Funil de Büchner utilizado no ensaio de perda de água por sucção 100 Figura 3.9- Exemplo de resultado obtido no ensaio de cisalhamento direto 101
Figura 3.10- Ensaio de cisalhamento direto 102
Figura 3.11- Etapas de dosagem das argamassas 104
Figura 3.12 – Estudo Piloto 105
Figura 3.13- Relação Aglomerante/Agregado obtido a partir do estudo de dosagem, considerando cada tipo de agregado utilizado na pesquisa 107 Figura 3.14- Relação Água/Materiais Secos (H%) obtido a partir do estudo de dosagem, considerando cada tipo de agregado utilizado na pesquisa 108 Figura 3.15- Fluxograma resumo das atividades desenvolvidas em cada projeto
experimental 110
Figura 3.16- Projeto Experimental I 112
Figura 3.17- Projeto Experimental II 113
Figura 3.18- Projeto experimental III 114
Figura 3.19- Projeto experimental IV 115
Figura 3.20- Projeto experimental V 116
Figura 3.21- Projeto experimental VI 117
Figura 4.1- Valores de penetração de cone em função das variações no teor de água 119 Figura 4.2- Demanda de água para cada mistura de argamassa, considerando
penetrações de cone de 45, 50 e 55 mm 120 Figura 4.3- Resultados de consistência por penetração de cone em função de
variações no teor de cal 121
Figura 4.4- Resultados de tensão de escoamento pelo método vane test 124 Figura 4.5- Resultados de espalhamento pelo método da mesa de consistência -
Série AG1 128
Figura 4.6- Resultado do ensaio de retenção de água da Série AG1 130 Figura 4.7- Perda de água das argamassas após um minuto de sucção 130 Figura 4.8- Aspecto das argamassas antes e depois do ensaio de retenção de água – Série AG1
134
Figura 4.9- Aspecto das argamassas antes e depois do ensaio de perda de água –
Série AG2 135
Figura 4.10- Aspecto das argamassas antes e depois do ensaio de perda de água –
Série AG3 136
Figura 4.11- Aspecto das argamassas antes e depois do ensaio de perda de água –
Série AG4 137
Figura 4.12- Aspecto das argamassas antes e depois do ensaio de perda de água –
Série AG5 138
Figura 4.13- Comparação entre as séries, considerando uma relação Aglomerante/Agregado = 16,0% - Condição logo depois do ensaio de perda de
água 139
Figura 4.14- Resultado de cisalhamento direto da Série AG1 141 Figura 4.15- Resultado de cisalhamento direto da Série AG2 142 Figura 4.16- Resultado de cisalhamento direto da Série AG3 143 Figura 4.17- Resultado de cisalhamento direto da Série AG4 144 Figura 4.18- Resultado de cisalhamento direto da Série AG5 145 Figura 4.19- Comportamento dos valores de coesão em função da relação Aglomerante/Agregado para cada série de argamassa 148 Figura 4.20- Comportamento dos valores de atrito interno em função da relação Aglomerante/Agregado para cada série de argamassa 148 Figura 4.21- Resultados obtidos no projeto experimental VI – Argamassas com
cimento 150
na composição total do aglomerante 152 Figura 5.1- Comparação entre os resultados de penetração de cone e tensão de
escoamento 154
Figura 5.2- Relação entre os resultados de penetração de cone e tensão de
escoamento (BAUER et al., 2005) 155
Figura 5.3- Comparação entre os resultados de penetração de cone e espalhamento 157 Figura 5.4- Comparação entre os resultados de tensão de escoamento e
espalhamento, para cada série estudada 159
Figura 5.5- Correlação entre os resultados de tensão de escoamento e espalhamento 159 Figura 5.6- Comparação entre os resultados de tensão de escoamento e coesão para
cada série estudada 161
Figura 5.7- Comparação entre os resultados de tensão de escoamento e ângulo de
atrito interno para cada série estudada 162
Figura 5.8- Correlação entre os resultados de tensão de escoamento com os
resultados de coesão e ângulo de atrito interno 163
Figura 5.9- Comparação entre os resultados de espalhamento e coesão para cada série estudada
164
Figura 5.10- Comparação entre os resultados de espalhamento e ângulo de atrito para cada série estudada
165
Figura 5.11- Correlação entre os resultados de espalhamento com os resultados de
coesão e ângulo de atrito interno 166
Figura 5.12- Aspecto da argamassa com agregado AG1 com 27,5% de relação
Aglomerante/Agregado 169
Figura 5.13- Aspecto da argamassa com agregado AG4 com 27,5% de relação
Aglomerante/Agregado 169
Figura 5.14- Comportamento da trabalhabilidade em função do teor de cal 170 Figura 5.15- Comportamento da trabalhabilidade em função do teor de cal –
modelo estimado 171
Figura 5.16- Modelo de relação entre os resultados fornecidos pelos métodos de penetração de cone, mesa de consistência e vane test 175 Figura 5.17- Ilustração da influência do teor de aglomerante nas propriedades das
argamassas no estado fresco 177
maiores do agregado e as partículas de aglomerante 177 Figura 5.19- Relação Aglomerante/Agregado em função do módulo de finura 178 Figura 5.20- Figura 5.20- Comportamento da trabalhabilidade em função do teor de
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIAÇÕES
Símbolo ou
Abreviação Significado
AG Identificação utilizada para denominar as composições granulométricas utilizadas no estudo
C Coesão – Modelo de Coulomb
CH III Cal hidratada tipo III
Cu Coeficiente de uniformidade
D Diâmetro do cilindro cisalhado ou diâmetro da palheta – Método vane test
d Deslocamento horizontal – Método de cisalhamento direto Dh Deslocamento horizontal correspondente à tensão de
cisalhamento máxima – Método de cisalhamento direto ES Valor de espalhamento – Método da mesa de consistência
F Força atuante
F Coeficiente de atrito – Modelo de Coulomb
G Módulo de elasticidade – Modelo de Hooke
G Aceleração da gravidade
H Altura do cilindro cisalhado ou altura da palheta – Método vane test
H Espessura da camada de revestimento
H% Relação Água/Materiais secos
K Índice de consistência - Modelo de Ostwald
L Comprimento longitudinal ou horizontal
ME Massa específica da areia
MF Módulo de finura da areia
Mfc Massa do funil cheio e filtro – Método de retenção de água
Mfi Massa do funil para o tempo “i” de exposição à sucção –
Método de retenção de água
Mfv Massa do funil vazio e filtro – Método de retenção de água
MU Massa unitária da areia
Mw Massa total de água utilizada na argamassa – Método de
retenção de água
n Índice de comportamento – Modelo de Ostwald
Pag Perda de água sob sucção
PC Valor de penetração de cone – Método de penetração de cone
r Raio do cilindro cisalhado– Método vane test Ra Retenção de água – Método de retenção de água
T Força tangencial – Modelo de Coulomb
TC Denominação utilizada para identificar os teores de cal utilizados em cada série
TCis
Tensão de cisalhamento determinada no ensaio de cisalhamento direto
TCm Tensão de cisalhamento máxima determinada no ensaio de cisalhamento direto
Te
Torque devido ao cisalhamento na parte superior e inferior do cilindro – Método vane test
TE Tensão de escoamento – Método vane test
Tm Torque máximo - Método vane test
TN Tensão normal utilizada no ensaio de cisalhamento direto Ts
Torque devido ao cisalhamento na parte lateral do cilindro – Método vane test
Vag Denominação utilizada para identificar a relação
Água/Agregado de cada série
γ Taxa de cisalhamento ou deformação
γ* Deformação de um sólido elástico
τe
Tensão de cisalhamento na parte superior e inferior do cilindro – Método vane test
τmax Tensão de ruptura – Método de cisalhamento direto
τres Tensão residual – Método de cisalhamento direto
τs
Tensão de cisalhamento na parte lateral do cilindro – Método vane test
v Velocidade
η Viscosidade – Modelo de Newton
ηp Viscosidade plástica – Modelo de Bingham
θ Ângulo de inclinação do plano
ρ Massa específica
σ Tensão normal – Modelo de Coulomb
τ Tensão de cisalhamento
φ Ângulo de atrito interno – Modelo de Coulomb δ Ângulo de fase obtido em experimentos oscilatórios
1- INTRODUÇÃO
1.1- IMPORTÂNCIA DO TEMA
As argamassas de revestimento são definidas na engenharia civil como materiais obtidos pela mistura, em proporções adequadas, de aglomerante(s), agregado miúdo e água, com ou sem aditivos. Esses materiais são amplamente utilizados na execução dos revestimentos em nosso país, exercendo diversas funções, direta ou indiretamente, à medida que são incorporados às paredes ou panos de vedação, constituindo o sistema de revestimento. Esse sistema responde por uma série de desempenhos específicos como, por exemplo, estanqueidade, acústica e conforto térmico. Quando contribuem para o desempenho total da edificação, devem atender a requisitos de segurança estrutural, resistência ao fogo, choques e a desgastes superficiais, além de contribuir para a estética e durabilidade das edificações. No desempenho dessas funções, percebe-se que os sistemas de revestimento têm uma complexa tarefa, sofrendo a ação de inúmeros fatores, ao longo de sua vida útil.
Em muitos casos, os avanços no estudo das argamassas de revestimento vêm sendo motivados pelo interesse em se conhecer melhor as propriedades dos elementos constituintes e pela possibilidade de emprego de novos materiais que, com o passar do tempo, vão sendo inseridos no processo produtivo. Nesse sentido, cabe destacar o emprego de aglomerantes com propriedades específicas, tipos de agregados (artificiais - comuns na produção de algumas argamassas industrializadas, naturais - presentes em composições tradicionais e agregados reciclados) que exigem novos conceitos para a avaliação destes (forma, textura, dimensões, natureza mineralógica, grau de empacotamento, uniformidade, composição química, dentre outros parâmetros), adições minerais com propriedades plastificantes, além de uma gama de aditivos específicos para a utilização em argamassas (incorporadores de ar, retentores de água, dentre outros), adesivos poliméricos e fibras sintéticas.
Outro ponto importante que merece destaque é o avanço verificado nos últimos anos nos processos de execução dos sistemas de revestimento como, por exemplo: inovações nas técnicas de transporte e execução (sistemas de bombeamento e projeção de argamassas), exigindo propriedades bem específicas aos materiais; as argamassas industrializadas que
requerem maiores cuidados durante as etapas de mistura e aplicação (controle no tempo de mistura, tempo de sarrafeamento e cura) e diferentes tipos de substratos (blocos de concreto, cerâmicos, concreto celular, dentre outros) com características particulares, que podem implicar, decisivamente, na formulação das argamassas.
Apesar de todo o desenvolvimento verificado nos materiais, processos executivos e no estudo das argamassas, em determinadas avaliações, ainda é notório o caráter empírico nas proposições de especificações, materiais, projetos e detalhes construtivos. Um exemplo claro é a formulação de argamassas de revestimentos que atendam, ao mesmo tempo, determinadas propriedades no estado fresco (trabalhabilidade) e no estado endurecido (capacidade de absorver deformação, resistência de aderência, dentre outras) que, em dado momento, são baseadas em critérios qualitativos e empíricos, difíceis de serem mensurados ou até estimados.
Nas obras, percebe-se que, em alguns casos, as definições dos traços das argamassas para assentamento e revestimento dependem de um posicionamento equivocado por parte dos responsáveis, ficando o proporcionamento ao árbitro de mestres, encarregados e pedreiros. Em outra situação, também não muito adequada, encontra-se a utilização de traços que são frutos da experiência local sem levar em conta as características específicas dos materiais constituintes, substrato ou processo executivo. SELMO (1989) salienta, em seu trabalho, que o desinteresse pelas argamassas durante a construção pode levar a um desempenho inadequado dos revestimentos e patologias precoces com custos de reparo significativos. O panorama colocado ainda é facilmente identificado nas obras espalhadas pelo Brasil, onde é possível encontrar edificações há pouco tempo concluídas, porém já apresentando inúmeras patologias nos sistemas de revestimento.
No caso específico das propriedades das argamassas no estado fresco, a situação também é complexa, fato que pode ser demonstrado pela carência de estudos capazes de avaliar, sistematicamente, tais propriedades. É comum, inclusive no meio científico, a utilização de procedimentos baseados na avaliação de profissionais pedreiros envolvidos no processo de produção dos sistemas de revestimento, fazendo uso de ensaios que fornecem resultados incapazes de serem correlacionados ou, às vezes, que permitem uma interpretação errônea do real comportamento das argamassas.
Atualmente, é cada vez mais discutida, no meio científico, a necessidade de uma avaliação das propriedades das argamassas no estado fresco, a partir de modelos de natureza quantitativa, que possibilitem uma caracterização menos empírica de seu comportamento. Essa avaliação deve, de certa forma, também envolver e relacionar os parâmetros tradicionalmente conhecidos como, por exemplo: trabalhabilidade, consistência, plasticidade, dentre outros. Nesse sentido, algumas das possibilidades de novas discussões estão baseadas na aplicação dos conceitos do estudo do comportamento reológico do material.
A reologia é definida como a ciência que estuda a deformação e escoamento da matéria (BARNES et al., 1989). Sua aplicação se justifica a partir do momento em que se podem classificar mecanicamente os materiais, analisar seus comportamentos frente a um campo de tensão, relacionar estes comportamentos com a estrutura de cada material, bem como, prever o desempenho destes em outros estágios de tensão, deformação, tempo e temperatura (TANNER, 2000). Em adição à importância da reologia, cabe destacar que muitos ramos da indústria estão diante de problemas que podem ser resolvidos com base em tais conceitos. Nesse universo, é bastante comum o uso de projetos de dispositivos para transporte ou para processar substâncias que não se ajustam a nenhum dos tipos clássicos de comportamento dos materiais, como exemplos: a lama utilizada na perfuração de poços de petróleo que, em determinadas situações, pode apresentar comportamento plástico; a pasta de papel em suspensão, que apresenta efeitos dependentes do tempo; polímeros fundidos, que mostram efeitos viscoelásticos; fluidos com comportamentos não-Newtonianos, que ocorrem em todos os ramos da indústria alimentícia onde se encontram porções como pastas, géis e suspensões. Sob esse enfoque, percebe-se que a reologia não é somente um agrupamento de teorias ou um “playground” para os matemáticos, físicos e químicos, conforme menciona REINER (1969), mas pode lançar luz em problemas atuais de interesse prático com aplicações imediatas.
A utilização dos conceitos, propriedades e experiências da mecânica dos solos também se apresentam como um vasto campo de possibilidades, com teorias e técnicas experimentais, bastante consolidadas, capazes de atuar diretamente na construção de um melhor entendimento do comportamento das argamassas no estado fresco. Segundo TATTERSAL (1976), um dos principais pesquisadores a aplicar a teoria reológica no estudo das
propriedades: uma seria a aplicação dos fundamentos reológicos e a outra seria a aplicação da teoria descrita na mecânica dos solos. Entretanto, as duas teorias, em determinados momentos, podem ser utilizadas em conjunto, uma vez que a reologia é vastamente explorada em muitos conceitos na mecânica dos solos (FOLQUE, 1961; CAPUTO, 1988). O uso dos conceitos da mecânica dos solos, no entendimento das propriedades das argamassas no estado fresco, tem alguns pontos favoráveis, que se justificam:
• primeiro, devido ao fato de ser uma teoria amplamente explorada nos cursos de engenharia civil, das principais universidades, constituindo, assim, uma boa base para o corpo técnico-científico que estuda o material e
• segundo, pela existência de técnicas e equipamentos, potencialmente utilizáveis no estudo das argamassas (precisando apenas de algumas adaptações), estando a maioria presente nas universidades e centros de pesquisas espalhados pelo país.
No caso específico da reologia e suas avaliações, as condições colocadas são bem diferentes, não se encontrando a mesma realidade, principalmente no que diz respeito às técnicas e equipamentos disponíveis, sem contar o elevado custo que alguns equipamentos apresentam. Entretanto, deve-se reconhecer que a tendência verificada, atualmente, é de mudanças. Hoje em dia, já se identificam alguns centros de pesquisas no Brasil, buscando desenvolver tipos de equipamentos capazes de permitir uma caracterização reológica satisfatória para as argamassas e concretos. Ainda sobre o estudo das argamassas no estado fresco, a possibilidade de aplicação dessas teorias abre inúmeras opções de discussão, diretamente endereçadas ao meio técnico, possibilitando o estudo particular de outros tipos de argamassas, que compõem os sistemas de revestimentos, onde a carência de conceitos e ferramentas, abordando o tema também é considerável como, por exemplo: as argamassas de contra-piso, argamassas colantes, rejuntamento, assentamento de blocos, dentre muitas outras.
Apesar do complexo quadro colocado e da carência de pesquisas sobre a propriedade das argamassas no estado fresco, nos últimos anos, vêm se verificando certos avanços em temas relacionados, contribuindo para um melhor entendimento. Nesse sentido, devem-se destacar trabalhos experimentais como, por exemplo, os estudos de SELMO (1989), que analisa a influência dos parâmetros volumétricos decorrentes de um procedimento experimental de dosagem; RAGO (1999), que favorece uma primeira discussão sobre reologia de argamassas com base no estudo do comportamento reológico de pastas de
cimento e cal; ALVES (2002), no estudo dos aditivos incorporadores de ar que, além de discutir o mecanismo de ação do aditivo, propõe a utilização de novas ferramentas para avaliar a consistência das argamassas; SANTOS (2003), no estudo dos critérios de projetabilidade e bombeabilidade de argamassas de revestimento; o trabalho de DO Ó (2004), que procurou descrever o mecanismo de funcionamento dos aditivos retentores de água para argamassas, apresentando também uma discussão inicial sobre a influência desses nas propriedades no estado fresco das argamassas de revestimentos; por fim, destaca-se, ainda, o trabalho de PAES (2004), que avalia o transporte de água da argamassa fresca, nos momentos iniciais pós-aplicação, a partir de variações na composição das argamassas, na natureza do substrato e espessura do revestimento.
O principal evento da área, o SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TECNOLOGIA DE ARGAMASSAS, também registra algumas discussões importantes relacionadas ao tema, onde se destacam os trabalhos de CAVANI et al. (1997), BONIN et al. (1999), PAES et al (1999) e SOUSA e BAUER (2003) que promovem uma discussão sobre alterações na composição das argamassas como, por exemplo, o teor de ar, o teor de aglomerante e a distribuição granulométrica, que podem influenciar na trabalhabilidade das argamassas no estado fresco; e os trabalhos de GOMES et al (1995), ALVES et al. (2003), CARDOSO et al. (2005), TRISTÃO et al. (2005) e BAUER et al. (2005), CASCUDO et al (2005) que procuram utilizar novas ferramentas e conceitos que auxiliem no estudo da trabalhabilidade.
Internacionalmente, encontram-se poucas pesquisas sobre reologia aplicada ao estudo específico das argamassas de revestimento. Grande parte das discussões é reservada ao estudo de pastas e concretos com propriedades especiais, que são modificadas a partir de alterações na granulometria, uso de aditivos e adições minerais. Em alguns casos, as avaliações nas pastas e argamassas são apresentadas como uma etapa intermediária de um estudo mais amplo sobre concretos no estado fresco. Entretanto, algumas referências abordam conceitos (POWERS 1968; TATTERSALL, 1976; POPOVICS, 1982; DE LARRARD, 1999), aplicações (BANFILL, 1991; AUSTIN et al 1999) e procedimentos de ensaios (DE LARRARD at al., 1997; FERRARIS, 1999; BANFILL et al., 2000; BARNES et al. 2001, KOEHLER et al., 2003), que podem ser perfeitamente aplicados ao estudo das propriedades das argamassas de revestimento.
Nesse sentido, o presente trabalho busca contribuir com uma discussão sobre as propriedades das argamassas no estado fresco, tendo em vista condições de trabalhabilidade. Pretende-se, desenvolver estudos específicos que estabeleçam uma discussão mais aprofundada sobre a trabalhabilidade, com base em conceitos e ferramentas que apresentam grande potencial de serem utilizadas. Ressalta-se que esse é um tema de cunho científico e tecnológico com poucas pesquisas sobre o assunto no âmbito nacional e internacional, principalmente, no que tange o estudo das argamassas de revestimento.
Este trabalho está inserido na linha de pesquisa referente a Sistemas Construtivos e Desempenho de Materiais e Componentes, do Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília (PECC/UnB), particularmente, no tema “Sistemas de Revestimento, de Impermeabilização e de Proteção”.
1.2- OBJETIVOS DA PESQUISA
O presente trabalho tem como objetivo discutir e avaliar as propriedades das argamassas de revestimento no estado fresco, tendo em vista critérios capazes de caracterizá-las frente às condições de trabalhabilidade. Como objetivos específicos, podem ser listados:
• avaliar como alterações na composição das argamassas, em específico: teor de cal, teor de cimento e composição granulométrica, podem influenciar o comportamento das argamassas no estado fresco;
• promover a avaliação de novos métodos de ensaios que forneçam resultados mais representativos durante uma avaliação das propriedades das argamassas no estado fresco;
• avaliar a relação entre os resultados obtidos, tendo em vista definir critérios capazes de apontar determinadas condições de trabalhabilidade.
1.3 ORIGINALIDADE DO TEMA
A originalidade do trabalho está calcada na utilização de ferramentas capazes de quantificar parâmetros que, atualmente, são avaliados de forma indireta e qualitativa ao se buscar uma determinada condição de trabalhabilidade. Essa abordagem permite uma discussão ampla sobre o tema, até o momento, pouco explorado em pesquisas nacionais e internacionais.
As limitações desse estudo sempre foram relacionadas à dificuldade de encontrar ferramentas que traduzissem, de forma quantitativa, aspectos relacionados à trabalhabilidade dessas argamassas como, por exemplo, consistência, plasticidade, aspereza, exsudação, dentre outros. Muitos dos testes, tradicionalmente, utilizados não favorecem uma avaliação completa se mostrando instáveis, com alterações na composição das argamassas (como é o caso do ensaio da mesa de consistência). Ademais, alguns testes mais modernos (desenvolvidos para o estudo reológico de materiais como pastas e concretos), além de serem de custo relativamente alto e não disponíveis ainda na maioria dos laboratórios do país, não satisfazem as características e exigências específicas das argamassas de revestimento.
A presente pesquisa foi desenvolvida em argamassas mistas de cimento, cal e areia. Esse tipo de argamassa foi escolhido por ser um material, tradicionalmente, utilizado na execução dos sistemas de revestimento, porém suas propriedades no estado fresco necessitam, ainda, de uma caracterização mais detalhada. Como ferramentas, foram utilizados métodos tradicionais como a mesa de consistência (NBR 13276, 1995) e o ensaio de penetração de cone (ASTM C 780, 1996); o método vane test cujo resultado vem ganhando espaço no estudo da reologia das argamassas; o método de cisalhamento direto, que fornece uma análise mais detalhada da argamassa, utilizando uma curva de tensão de cisalhamento versus deformação; e o ensaio de perda de água sob sucção, como forma de avaliar indiretamente a tendência de exsudação da argamassa.
1.4- ESTRUTURA DA TESE
Este trabalho encontra-se estruturado em seis capítulos, sendo este a introdução que tem um caráter geral de apresentação do tema, indicando não só os motivos que levaram à pesquisa, mas também a importância, as delimitações e os objetivos da pesquisa.
O Capítulo 2 compreende uma revisão bibliográfica sobre o tema destacando, dentre outros assuntos, o embasamento teórico, definições abordadas na teoria reológica e na mecânica dos solos, propriedades consideradas importantes para o estudo das argamassas, além de uma discussão sobre métodos de ensaio com grande potencial de serem utilizados na caracterização reológica das argamassas no estado fresco.
O programa experimental é abordado no Capítulo 3, onde se apresentam as variáveis do estudo, os ensaios de caracterização dos materiais e os procedimentos de ensaio empregados na avaliação das propriedades das argamassas no estado fresco.
No Capítulo 4, apresentam-se os resultados obtidos nos programas experimentais, durante a avaliação dos diferentes métodos de ensaios utilizados na caracterização das propriedades das argamassas no estado fresco, em função das variações na composição das argamassas.
No Capítulo 5, trata-se da discussão dos resultados, onde são analisadas as possíveis correlações entre os resultados dos métodos de ensaio e os efeitos das variações na composição das argamassas, tendo em vista definir critérios de trabalhabilidade.
Finalizando, têm-se, no Capítulo 6, as conclusões do presente estudo, sendo sugeridos alguns temas correlacionados, para o desenvolvimento de estudos futuros.
Nos Anexos, são apresentados os resultados de caracterização dos materiais utilizados e os resultados individuais das séries de estudo avaliadas na pesquisa.
2- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo, é apresentada uma abordagem acerca dos conceitos relativos ao estudo do comportamento dos materiais em situação de fluxo, muitos deles descritos na reologia. Em seqüência, será discutida a importância do tema, bem como a problemática que envolve o estudo das propriedades das argamassas no estado fresco, procurando correlacionar conceitos científicos com aplicações tecnológicas de interesse.
2.1- EMBASAMENTO TEÓRICO SOBRE REOLOGIA
A reologia provém de um sistema de forças necessário para causar uma dada deformação ou escoamento em um corpo, ou reciprocamente, da deformação ou escoamento resultantes da aplicação de um dado sistema de forças (REINER, 1969). Para esse caso, se o corpo em consideração é um fluido, a aplicação de qualquer sistema de forças anisotrópico1 e heterogêneo2, resulta em escoamento. Além disso, a retirada (alívio) do sistema de forças não resultará no retorno do corpo a seu estado indeformado. Caso o corpo em consideração seja um sólido elástico, a aplicação de qualquer sistema de forças heterogêneo, isotrópico ou anisotrópico resultará em uma deformação, mas não em um escoamento. Nesse caso, depois de retirar o sistema de forças, o corpo retornará a seu estado indeformado. Se o corpo, sob consideração, é um plástico, ele escoará como um fluido se a força aplicada exceder algum valor crítico; de outro modo, o corpo se deforma como um sólido elástico.
Os conceitos de fluidez, consistência, solidez e plasticidade são idealizações que descrevem o comportamento de materiais reais em certos casos limites. Em geral, o comportamento de um material real inclui os tipos de comportamentos antes mencionados, bem como comportamentos intermediários. É claro que a hidráulica, a mecânica dos fluidos, resistência dos materiais e a engenharia estrutural, têm seus fundamentos em uma parte da reologia. O método utilizado por cada uma dessas disciplinas é combinar os resultados da reologia com os requisitos da mecânica para obter respostas significativas e úteis sobre as classes dos materiais de interesse (REINER, 1969).
Em outro ponto de vista, existem duas maneiras gerais de estudar aspectos reológicos: a primeira consiste em desenvolver expressões matemáticas, que possam descrever os fenômenos reológicos sem fazer maiores referências às suas causas (aspecto que se assemelha às teorias já discutidas anteriormente); e a segunda consiste em correlacionar o comportamento mecânico observado com a estrutura interna detalhada do material em questão. Sobre este último assunto, entra em pauta toda teoria que se aplica ao estudo da química dos sistemas coloidais e suspensões3, refletindo não só nas características das partículas individualmente, mas também nas interações partícula e partícula-solvente (SHAW, 1975). Em parte, a reologia é, em determinadas situações, uma ciência puramente descritiva. Entretanto, nos últimos anos, registrou-se um considerável progresso em relação ao entendimento mais profundo do comportamento reológico e ao desenvolvimento de uma base quantitativa para seu estudo, principalmente, com o desenvolvimento das técnicas de instrumentação (BRETAS et al, 2000).
Nos itens que seguem, neste capítulo, serão discutidos alguns dos principais conceitos envolvidos com a teoria reológica.
2.1.1- Fluidos newtonianos
São denominados fluidos newtonianos todos os materiais que exibem uma relação linear entre a tensão e a taxa de cisalhamento (denominada gradiente de velocidade) (Figura 2.3). Esse tipo de fluido é conhecido como corpo viscoso ideal. Um material, que exibe este comportamento, não pode sustentar deformações prolongadas, pois essas são aliviadas pelo escoamento (conforme ilustra a Figura 2.1). Sendo a Equação (2.1) utilizada para descrever tal comportamento.
3 Sistemas Coloidais, onde as partículas dispersas são menores que 1 µm, e Suspensões, onde as partículas
F v y x y Base fíxa Líquido Placa livre
Figura 2.1- Esquema ilustrativo do experimento de Newton para a determinação da viscosidade de fluídos τ =η =ηγ dy dv (2.1) onde, F = força de cisalhamento4 (N) τ = tensão de cisalhamento (Pa) η = viscosidade absoluta (Pa.s)
dv/dy = variação da veloridade ao longo da camada do fluido γ = taxa de cisalhamento ou gradiente de velocidade (s-1)
A viscosidade expressa a resistência do fluido ao escoamento devido à fricção interna que resulta quando uma película do fluido é forçada a mover-se em relação à outra adjacente (BARNES et al., 1989). Materiais altamente viscosos possuem um elevado atrito interno, fluindo com maior dificuldade do que materiais menos viscosos (NAVARRO, 1997).
Para a maior parte dos líquidos puros, e para muitas soluções e dispersões, a viscosidade (η) é uma grandeza bem definida a uma dada temperatura e pressão, independente da tensão de cisalhamento (τ) e da taxa de cisalhamento (dv/dy), desde que o fluxo seja laminar5 (MYSELS, 1959).
4 A força de cisalhamento é a componente tangencial da força que age sobre uma superfície e, dividida pela
área da superfície, dá origem à tensão de cisalhamento sobre esta (STREETER e WYLIE, 1980).
5 Um fluido apresenta fluxo laminar quando a aplicação de forças sobre esse líquido produz diferenças de
2.1.2- Fluidos não-newtonianos
Para várias classes de fluídos a viscosidade não é constante, dependendo da taxa de deformação a uma dada temperatura e pressão. Tais fluidos são chamados de não-newtonianos. Para esses fluidos a relação entre a tensão e a taxa de cisalhamento não são lineares. Como exemplo, podem-se ter algumas misturas heterogêneas e as suspensões em geral.
Os fluidos não-newtonianos podem ser divididos em três grandes grupos:
Grupo 1 - Fluidos com comportamento não dependente do tempo: fluidos cuja relação entre a tensão e a taxa de cisalhamento permanece constante ao longo do tempo;
Grupo 2 - Fluidos com comportamento dependente do tempo: onde a relação entre a tensão e taxa de cisalhamento varia em função do tempo;
Grupo 3 - Fluidos viscoelásticos: sistemas que apresentam características de fluxo viscoso com comportamento elástico.
Maiores detalhes sobre esses tipos de comportamentos reológicos, inclusive suas subdivisões, serão apresentados nos próximos itens.
2.1.2.1- Fenômenos não-newtonianos não dependentes do tempo
I- Pseudoplasticidade
A pseudoplasticidade ocorre quando a viscosidade aparente6 do fluido diminui com o aumento da taxa de cisalhamento, quando este é avaliado em uma condição de fluxo (conforme as curvas de fluxo7 ilustradas na Figura 2.3). Esse comportamento pode ser explicado por uma das razões que se seguem (NAVARRO, 1997; BRETAS et al., 2000; OLIVEIRA et al., 2000):
6 A viscosidade aparente é a razão simples entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento. É
utilizada para descrever a viscosidade de fluidos não-newtonianos, uma vez que seu valor depende, dentre outros fatores, da taxa de cisalhamento considerada.
7 Curva de fluxo é a representação gráfica de como a tensão de cisalhamento varia em função da taxa de
• sistemas líquidos constituídos de moléculas grandes e flexíveis, que passam de uma configuração, aleatoriamente, enrolada no repouso, para uma orientação ordenada na direção do escoamento, assumindo uma forma quase linear;
• a existência de moléculas que, em repouso, se encontram altamente solvatadas, que têm as camadas de solvatação destruídas pela ação do cisalhamento;
• a existência de partículas assimétricas que, estando no repouso, orientadas de forma aleatória, assumem uma orientação preferencial na direção do escoamento (caso de algumas suspensões); bem como
• o tipo de interação entre as partículas (atração ou repulsão).
Os aglomerados originados pela atuação de forças atrativas entre as partículas (Van der Waals) podem ser considerados como uma das causas fundamentais para o fenômeno da pseudoplasticidade. A estrutura, geralmente porosa, desse sistema absorve parte da água destinada para o afastamento das partículas, diminuindo a distância de separação entre as unidades móveis no líquido, elevando o número de colisões entre elas e, por conseqüência, a viscosidade da suspensão. Com a aplicação de taxas de cisalhamento à suspensão, esses aglomerados se rompem gradativamente, liberando a água aprisionada em seu interior, que passa a contribuir para o afastamento entre as partículas. Como resultado disso, há um decaimento da viscosidade aparente da suspensão em função da taxa de cisalhamento (OLIVEIRA et al., 2000).
II- Dilatância
A dilatância é um fenômeno inverso à pseudoplasticidade. Nesse tipo de comportamento, observa-se um aumento da viscosidade aparente com o aumento da taxa de cisalhamento aplicada ao sistema, quando este é avaliado em uma condição de fluxo (conforme as curvas de fluxo ilustradas na Figura 2.3). Tal termo foi utilizado pela primeira vez por Reynolds ao observar que alguns sistemas se expandiam, volumetricamente, sob cisalhamento (NAVARRO, 1997). Este comportamento deve-se ao fato de que tais suspensões, quando em repouso, apresentavam uma quantidade mínima de vazios e que o líquido existente é suficiente apenas para preenchê-los. Sob cisalhamento suave, o líquido lubrifica as partículas, facilitando seus movimentos relativos (conforme Figura 2.2).
Após aplicação da tensão de cisalhamento
Figura 2.2- Hipótese de Reynolds para a dilatância (NAVARRO, 1997)
Aumentos posteriores, na taxa de deformação, provocavam expansão no material e elevação na quantidade de vazios. Desse ponto em diante, o líquido não é mais suficiente para lubrificar as partículas, dificultando o movimento relativo entre elas. O aumento na viscosidade aparente do sistema fica, então, evidenciado pela necessidade de aumentar a tensão de cisalhamento para manter o movimento das partículas (fluxo relativo).
Este comportamento é típico de suspensões concentradas, onde as partículas se encontram próximas entre si, como algumas argamassas. Dessa forma, todos os fatores, que contribuem para a redução da distância média de separação entre as partículas e dificultam a movimentação relativa entre elas, favorecem a manifestação da dilatância como, por exemplo, a presença de partículas com elevada rugosidade superficial e formatos assimétricos, além da existência de pronunciadas forças de repulsão entre elas (OLIVEIRA et al., 2000).
Os dois tipos de modelos apresentados anteriormente, tanto o pseudoplástico como o dilatante, podem ser descritos a partir da equação de potência proposta por Ostwald (Equação (2.2)), sendo necessários dois parâmetros reológicos para caracterizar o comportamento de fluxo, o índice de consistência, K, e o índice de comportamento ou de fluxo, n. Enquanto n é uma grandeza adimensional, K tem dimensão física definida com unidade mais usual o Pa.sn (Sistema Internacional - SI).
τ =Kγ n (2.2)
O índice de consistência está relacionado com a viscosidade aparente (ηa) pela Equação
(2.3).
K =ηa ⋅γ1−n (2.3)
Sendo assim, quando:
n < 1 => a viscosidade aparente diminui com a taxa de deformação (modelo pseudoplástico);
n > 1 => a viscosidade aparente aumenta com a taxa de deformação (modelo dilatante). Percebe-se que o índice de comportamento, n, indica fisicamente o afastamento do fluido do modelo de Newton. Se o seu valor se aproxima de um, então, o fluido está próximo do comportamento newtoniano. Quanto ao índice de consistência, K, seu valor indica o grau de resistência do fluido diante do escoamento. Quanto maior o valor de K, mais “consistente” o fluido será. Comparando as equações dos modelos de Newton (Equação 2.1) e Ostwald (Equação 2.2) observa-se que os parâmetros η (viscosidade) e K (índice de consistência), a menos do índice n, são similares.
O modelo de Ostwald para fluidos pseudoplásticos e dilatantes estão representados na Figura 2.3.
III- Viscoplasticidade
A viscoplasticidade é um fenômeno caracterizado pela existência de um valor limite para a tensão de cisalhamento (denominado de tensão de escoamento), o qual deve ser excedido para que o material apresente um fluxo viscoso. Esse modelo, idealizado por Bingham, é comum entre as composições altamente concentradas em que a interação partícula-partícula exerce um papel importante. Sistemas que são considerados líquidos, como suspensões concentradas, quando têm sua concentração de sólidos elevada, favorecem a formação de um “esqueleto” por parte das partículas antes dispersas. Essa estrutura formada, além de ser responsável pela elevação da viscosidade do sistema, impede que o mesmo flua normalmente, sendo necessária sua ruptura para um escoamento viscoso (NAVARRO, 1997).
No caso das suspensões, a tensão de escoamento é originada pela aglomeração das partículas presentes no fluido, de modo a formar uma estrutura espacial rígida de partículas por toda a suspensão. Nesse caso, a tensão de escoamento corresponde àquela necessária para quebrar essa estrutura de partículas. Vale salientar que a formação desse tipo de estrutura exige que a suspensão apresente uma concentração de sólidos mínima, que
