Análise do comportamento mecânico em laboratório e in situ de revestimentos pré-doseados de cimento

Análise do comportamento mecânico em laboratório e in situ de

revestimentos pré-doseados de cimento

Sofia Malanho LNEC Portugal smalanho@lnec.pt Rosário Veiga LNEC Portugal rveiga@lnec.pt

Resumo: Os revestimentos pré-doseados com base em cimento (monocamada ou não) são constituídos por uma mistura de pó de cimento, cargas minerais e diversos adjuvantes, seleccionados e doseados em fábrica. Em obra, apenas é necessária a adição de água para se proceder à amassadura. A apreciação técnica destes produtos é feita com base em ensaios de laboratório, a partir dos quais se caracteriza o seu comportamento mecânico e físico. Por outro lado, a avaliação do desempenho dos revestimentos durante a sua vida útil refere-se aos produtos aplicados e sujeitos a determinadas condições climáticas e ambientais, logo deve ser efectuada em obra. O recurso a ensaios in situ permite uma avaliação quantitativa desse desempenho. No entanto, a actual inexistência de normas, de especificações e de ensaios, que enquadrem esse tipo de avaliação, requer um trabalho de base de fixação de condições de ensaio e de interpretação dos respectivos resultados. Neste trabalho foi efectuada uma análise do comportamento mecânico de revestimentos pré-doseados com base em cimento, através de ensaios laboratoriais e de ensaios efectuados sobre os mesmos produtos aplicados em muretes localizados em ambiente exterior, utilizando várias técnicas de ensaio in situ. Os produtos foram aplicados por projecção mecânica, com uma espessura variável entre 15 e 20 mm e foram ensaiados in

situ com idades superiores a quatro anos. Os valores obtidos para cada revestimento com

os vários ensaios in situ foram comparados entre si e confrontados com os resultados dos ensaios de laboratório realizados à data das aplicações. Desta análise extraíram-se conclusões sobre as técnicas de ensaio in situ, o significado dos valores obtidos e a sua utilidade para a avaliação do desempenho de revestimentos pré-doseados de cimento.

Palavras–chave: revestimentos pré-doseados de cimento, ensaios in situ, ensaios laboratoriais, comportamento mecânico

1. INTRODUÇÃO

As argamassas pré-doseadas são constituídas por um ligante hidráulico, agregados, pigmentos minerais e diversos adjuvantes. Estes produtos chegam à obra sob a forma de pó, pronto-a-amassar mecanicamente com água, e são em geral projectados mecanicamente, com máquinas apropriadas. Estes produtos destinam-se a substituir os rebocos executados em obra, com prazos de aplicação menores, menor número de camadas e menor espessura total. No caso dos revestimentos serem aplicados numa única camada são designados por revestimentos monocamada; estes, com espessuras variáveis entre 15 e 20 mm, têm assim que cumprir exigências superiores para que o desempenho seja semelhante aos revestimentos tradicionais [1]. Quando pigmentados na massa, asseguram o acabamento final dos paramentos revestidos, dispensando a pintura do paramento; permitem vários acabamentos, nomeadamente os acabamentos rugoso, raspado, projectado e abatido. Em geral, os revestimentos pré-doseados com base em cimento, são compatíveis com os materiais de suporte correntemente usados em paredes de construção recente [1 a 3]. Não são, por outro lado, compatíveis com paredes de edifícios históricos, ou com suportes de características especiais, excepto quando especificamente vocacionados para esses casos particulares, adoptando-se composições compatíveis.

Com o presente trabalho pretende-se analisar a correlação entre os resultados de ensaios realizados em laboratório, segundo as Normas Europeias aplicáveis, e os valores obtidos através de ensaios in situ; o objectivo final é contribuir para estabelecer critérios que permitam, por um lado, prever, através da análise laboratorial, o comportamento dos revestimentos quando aplicados em obra e, por outro, avaliar o desempenho dos revestimentos aplicados através de ensaios in situ.

Sabe-se que esta correlação apresenta à partida grandes dificuldades. Por um lado, as características deste tipo de revestimentos, quando aplicados por projecção, alteram-se em relação aos mesmos produtos ensaiados sobre provetes preparados em misturador de laboratório. Por outro lado, os revestimentos aplicados têm idades muito diferentes, podendo portanto já ter sofrido alterações significativas e diferenciadas em relação aos produtos iniciais, tal como foram ensaiados em laboratório. Estas fontes de variação somam-se à variação introduzida pelas técnicas de ensaio in situ, que são sempre métodos indirectos de avaliação.

No entanto, dado que, quando se avaliam revestimentos de paredes aplicados em edifícios reais, os problemas existentes são também estes, considerou-se que seria útil avaliar as correlações possíveis nestas condições desfavoráveis.

3. ANÁLISE EXPERIMENTAL

3.1 Produtos ensaiados

A campanha experimental foi efectuada no Laboratório de Revestimentos de Paredes do LNEC (LERevPa) e na Estação de Ensaio Natural de Revestimentos de Paredes do LNEC (EENRevPa). Em laboratório, a campanha experimental incidiu em provetes com dimensões de 40 mm x 40 mm x 160 mm, que foram submetidos a um ambiente de condicionamento e de ensaio caracterizado por 20 ºC ± 2 ºC de temperatura e 95 % ± 5 %

de humidade relativa durante os primeiros 7 dias e de 20 ºC ± 2 ºC e 65 % ± 5 % durante os 21 dias seguintes, até à data de ensaio. Os ensaios in situ foram realizados sobre aplicações antigas dos mesmos revestimentos aplicados nas faces viradas a Sul de muretes de alvenaria de tijolo construídos na EENRevPa.

A análise experimental incidiu sobre três produtos de diferentes empresas produtoras, destinados à execução de revestimentos monocamada, aos quais se atribuíram as seguintes designações: PC1, PC2 e PC3. Os três produtos têm na base da sua constituição uma mistura de cimento Portland branco, cargas minerais siliciosas e calcárias, pigmentos minerais e retentores de água. Segundo os respectivos fabricantes, para além destes constituintes, os produtos PC1 e PC2 possuem plastificantes e agentes promotores de aderência e o produto PC3 contem na sua composição um hidrófugo de massa e um introdutor de ar. Os produtos PC1, PC2 e PC3 foram aplicados nos muretes com um acabamento do tipo raspado; também se executaram ensaios no produto PC3 com um acabamento diferente, do tipo rugoso. Os revestimentos aplicados sobre os muretes foram ensaiados com as idades de 5 anos (PC3 com os dois acabamentos), 16 anos (PC1) e 23 anos (PC2).

3.2 Ensaios realizados

3.2.1 Ensaios laboratoriais

Os ensaios realizados à data da aplicação dos produtos nos muretes foram os seguintes: a) Ensaio de determinação da resistência à compressão - o ensaio foi realizado segundo a norma NP EN1015:11, utilizando a máquina de ensaios ETI HM-S, com o objectivo de avaliar a resistência mecânica das argamassas. Para a realização do ensaio foram utilizados provetes com 28 dias de cura após a sua amassadura em misturador de laboratório normalizado [4].

b) Ensaio de determinação do módulo de elasticidade dinâmico por frequência de ressonância - o ensaio foi realizado pelo método da frequência de ressonância com base na Norma Francesa NF B 10-511 [5] e incidiu sobre três provetes prismáticos, de dimensões 40 mm x 40 mm x 160 mm (Fig. 1). O valor do módulo de elasticidade dinâmico é calculado a partir da medição da frequência de ressonância de cada provete, posto em vibração longitudinalmente e é dado em MPa pela seguinte expressão:

E

L F

P

g

=

⋅

⋅

4

L - comprimento do provete, em metros;

F - frequência de ressonância longitudinal, em Hz; P - peso volúmico, em N.m-3;

3.2.2. Ensaios nos muretes (in situ)

Os ensaios in situ realizados foram os seguintes:

a) Ensaio de choque de esfera – este ensaio permite analisar a deformabilidade do revestimento e é realizado com o aparelho “Martinet Baronnie”. O corpo do aparelho é colocado na posição horizontal e em seguida deixa-se tombar, sobre o revestimento aplicado sobre o murete, o braço do aparelho, com 0,6 m de comprimento, possuindo na sua extremidade uma esfera de aço com 50 mm de diâmetro e massa de 0,5 kg, produzindo um choque com energia de 3 Joules. O embate da esfera provoca uma degradação sobre o revestimento que é quantificada pelo diâmetro da mossa e pelo tipo de degradação resultante [6, 7, 8].

b) Ensaio de penetração controlada – tal como no ensaio de choque, para a realização deste ensaio também é utilizado o aparelho “Marinet Baronie”, mas neste caso é substituída a esfera metálica por um acessório que possui um prego de aço. Este ensaio consiste em fazer penetrar este prego no revestimento, com choques de energia conhecida. Após vários choques de energia constante é registada a penetração (mm) obtida na argamassa com cada choque efectuado. Permite avaliar qualitativamente a resistência ao longo da espessura da camada [6, 7].

c) Ensaio de esclerómetro de pêndulo – este ensaio possibilita uma avaliação da resistência de um material e da sua dureza superficial. Para a realização do ensaio utilizou-se o esclerómetro de pêndulo do modelo Schmidt PM, que através de uma massa conhecida provoca uma reacção elástica por impulso que choca contra a superfície do revestimento. É possível medir a quantidade de energia recuperada no ressalto da massa, o que permite obter um índice de dureza da superfície ensaiada (valor de ressalto) sobre uma escala graduada no aparelho. O método baseia-se nas normas ISO 7619:1997 e ASTM C 805 (Fig. 4). Quanto mais brando for o material, maior a quantidade de energia que ele absorve e menor é a altura do ressalto.

d) Ensaio para determinação do módulo de elasticidade dinâmico por ultra-sons – o objectivo deste ensaio é avaliar a compacidade e a rigidez do revestimento aplicado. No método foi utilizado o aparelho Steinkamp Ultrasonic tester BP-7, para determinação da velocidade de propagação das ondas ultra-sónicas. O aparelho é constituído por dois transdutores (emissor e receptor) e um módulo central, que emite as ondas e procede à leitura e registo do tempo de transmissão (µs). O ensaio foi executado segundo a norma brasileira NBR8802/94 (Fig. 5).

e) Ensaio com durómetro – O aparelho possui na sua extremidade um pino que quando pressionado contra o material pela acção da mola, sob carga normalizada, indica a resistência à penetração, que se traduz no movimento de um ponteiro ao longo de uma escala de 0 a 100. Este ensaio permite avaliar a dureza superficial do revestimento. Para a sua execução utilizou-se um durómetro Shore A, cuja escala corresponde a energias de 550 a 8065 N.m. O ensaio baseia-se na norma ASTM D22240 (Fig. 6).

Fig. 1 – Ensaio para deterrminação do módulo de

elasticidade pelo método da frequência ressonante

Fig. 2 – Ensaio de choque de esfera

Fig. 3 – Ensaio de perfuração controlada

Fig. 4 – Ensaio com esclerómetro de pêndulo

Fig. 5 – Ensaio para deterrminação do módulo de elasticidade pelo método dos

ultra-sons

Fig. 6 – Ensaio com durómetro

3.3 Discussão dos resultados

Na Tabela 1 são apresentados os resultados obtidos nos ensaios de laboratório sobre provetes dos revestimentos em estudo à data da sua aplicação e nos ensaios executados sobre as aplicações dos mesmos revestimentos nos muretes de alvenaria de tijolo. Incluem-se nesta tabela algumas classificações dos produtos de acordo com alguns dos ensaios realizados: a classificação quanto à resistência à compressão definida na Norma

Europeia EN 998-1 [9]; a classificação MERUC do CSTB quanto ao módulo de elasticidade dinâmico [10]; e a classificação para os resultados do esclerómetro de pêndulo dada pelo próprio aparelho e já usada em anteriores estudos [11].

Tabela 1 – Resultados nos ensaios de laboratório e in situ

Revestimento

Ensaios laboratoriais Ensaios in situ

Rc (MPa) M.E.fr (MPa) Ensaio de choque – Ø mossa (mm) Perfuração controlada (mm) Durómetro * Esclerómetro de pêndulo (energia de ressalto) (graus vickers VH) ** M.E.us (MPa) PC1 _{(CS IV)} 9,3 8103 (E3) 9 4 87 32 (Moderada) 2890 PC2 _{(CS IV)} 8,5 8611 (E3) 9 4 83 37 (Moderada) 2778 PC3 7,6 (CS IV) 4213 (E2) 13 6 87 27 (Fraca) 2342 PC3(r) 7,6 (CS IV) 4213 (E2) 13 7 88 25 (Fraca) 3274

Rtf – resistência à tracção por flexão; M.E.fr – Módulo de elasticidade calculado através da frequência ressonante; Ø mossa – diâmetro da mossa; M.E.us – módulo de elasticidade calculado através de ensaios de ultrassons;

PC3 – revestimento PC3 com acabamento raspado; PC3(r) – revestimento PC3 com acabamento rugoso.

* Escala de 0 a 100 Shore A, correspondendo a energias de 550 a 8065 N.m

** Escala do Esclerómetro: < 20 – fraco; 20-30 – médio; 30-40 – razoável; 40-55 – bom; 50 -75 – muito bom; > 75 – excelente

Foram analisadas correlações destes resultados nas seguintes combinações: correlação entre os ensaios de laboratório entre si; correlação dos ensaios in situ entre si; correlação entre os ensaios in situ e os ensaios de laboratório. Enquanto as primeiras correlações se destinaram a avaliar a consistência dos ensaios de cada tipo realizados e a sua capacidade de representar as características dos produtos, as segundas visaram verificar os objectivos do trabalho, ou seja, a capacidade de prever o comportamento do revestimento através de ensaios de laboratório e a possibilidade de avaliar através de ensaios in situ o desempenho do revestimento aplicado e com vários anos de exposição.

Ensaios de laboratório:

Comparando os ensaios efectuados em laboratório, verificou-se que existe uma correlação entre os resultados da resistência à compressão e do módulo de elasticidade por frequência de ressonância, embora não exista uma relação linear, como se observa na Fig. 1.

y = 2342,1x - 12854 R2 = 0,6854 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 10

Rc - Resistência à compressão (28 dias) M.E.fr - módulo de

elasticidade por frequência ressonante

(MPa) Revestimentos_{analisados PC1, PC2 e}

PC3

Linear (Revestimentos analisados PC1, PC2 e PC3)

Figura 1 – Relação entre os ensaios realizados em laboratório Ensaios in situ:

A análise dos ensaios in situ a partir da tabela 1 mostra que o ensaio com durómetro Shore A não permite diferenciar os vários revestimentos. Tal deve-se, possivelmente, ao facto de a escala do durómetro usado não ser adaptada ao grau de dureza já relativamente elevado dos revestimentos estudados. O ensaio de penetração controlada dá resultados qualitativamente idênticos ao ensaio de choque de esfera (são praticamente directamente proporcionais), o que se justifica pelo facto do revestimento ter espessura relativamente reduzida, pelo que o ensaio de penetração, desenvolvido para analisar as camadas mais profundas, não se traduz em informação adicional, confirmando apenas a informação do choque de esfera. Os resultados obtidos nos restantes ensaios in situ evidenciaram uma boa correlação entre os três parâmetros analisados: para revestimentos com módulos de elasticidade e valores de energia do ressalto (obtidos no ensaio de esclerómetro) maiores, a mossa provocada pela esfera no ensaio de choque é menor; contudo, o esclerómetro de pêndulo apresenta uma ligeira inversão (Fig. 2).

Figura 2 – Relação entre os ensaios realizados in situ Influência do acabamento (in situ):

Para analisar a influência do tipo de acabamento nos ensaios in situ compararam-se os ensaios realizados sobre os revestimentos PC3 e PC3(r). Por se tratar do mesmo produto, os valores laboratoriais são, naturalmente, iguais, pelo que apenas se analisaram os

valores obtidos nos ensaios in situ. Os resultados mostram que o tipo de acabamento não influenciou a resistência ao choque, já que apresentam valores iguais do diâmetro da mossa; no entanto, o módulo de elasticidade determinado através do método dos ultrassons apresenta um valor superior no revestimento com acabamento mais rugoso PC3(r); pelo contrário, o maior valor de energia de ressalto, embora com diferença ligeira, determinado no ensaio de esclerómetro de pêndulo é obtido no revestimento com acabamento raspado PC3 (Fig. 3).

Figura 3 – Relação entre os ensaios realizados in situ - comparação entre dois revestimentos com acabamentos diferentes

Correlação entre ensaios de laboratório e ensaios in situ:

O gráfico da Fig. 4 apresenta uma relação entre dois parâmetros determinados em laboratório – resistência à compressão e módulo de elasticidade por frequência de ressonância – e um parâmetro determinado in situ – diâmetro da mossa, resultante do ensaio de choque de esfera ; os resultados mostram que os valores mais elevados de resistência à compressão e de módulos de elasticidade calculados a partir da frequência de ressonância em provetes laboratoriais, correspondem a menores diâmetros da mossa provocados pelo impacto da esfera no ensaio de choque a revestimentos aplicados nos muretes (in situ). A resistência à compressão aparece aqui como o parâmetro menos sensível.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PC1 PC2 PC3

Revestimentos monocamada ensaiados

Rc (MPa) / M.E.fr x 103 (MPa) 0 2 4 6 8 10 12 14 Ø mossa (mm)

Rc - Resistência à compressão (28 dias) M.E.fr (módulo de elasticidade - frequência de ressonância)

Ø mossa - ensaio de choque

Figura 4 – Relação entre os valores obtidos no ensaio de resistência à compressão, do módulo de elasticidade calculado por frequência de ressonância e ensaio de choque

Relacionando agora os mesmos resultados de ensaios de laboratório – resistência à compressão e módulo de elasticidade por frequência de ressonância – com outro ensaio in

situ – esclerómetro de pêndulo – verifica-se, analisando a Fig. 5, que os maiores valores

de energia de ressalto obtidos no ensaio de esclerómetro de pêndulo correspondem a provetes que obtiveram maior módulo de elasticidade por frequência de ressonância; no que se refere à resistência à compressão, não é possível estabelecer uma correlação com os resultados do esclerómetro de pêndulo, já que o produto PC2 apresenta o maior valor de esclerómetro embora tenha resistência à compressão intermédia.

0 2 4 6 8 10 PC1 PC2 PC3

Revestimentos monocamada ensaiados M.E.fr x 103 (MPa) / Rc (MPa) 0 1 2 3 4 valor do ressalto x 10 (V.H.)

M.E.fr (módulo de elasticidade - frequência de ressonância)

Rc - Resistência à compressão (28 dias) Esclerómetro de pêndulo (valor do ressalto)

Figura 5 – Relação entre os valores obtidos no ensaio para determinação do módulo de elasticidade calculado por frequência de ressonância, ensaio de resistência à compressão e

com esclerómetro de pêndulo

A Fig. 6 compara os módulos de elasticidade determinados pelos dois métodos e a resistência à compressão. Verifica-se que existe uma correlação entre o módulo de elasticidade determinado in situ por ultra-sons e a resistência à compressão.

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 PC1 PC2 PC3

Revestimentos monocamada ensaiados M.E.us x 103 (MPa) / M.E.fr x 103 (MPa) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 valor do ressalto

M.E.us (Módulo de elasticidade-ultrassons)

M.E.fr (módulo de elasticidade -frequência de ressonância) Rc - Resistência à compressão (28 dias)

Figura 6 – Relação entre os valores obtidos no ensaio para determinação do módulo de elasticidade calculado por frequência de ressonância, módulo de elasticidade pelo método

de ultrassons e ensaio com esclerómetro de pêndulo

Quanto aos módulos de elasticidade determinados em laboratório e in situ, é possível observar, na Fig. 7, uma boa correlação (R2 próximo de 1), embora a Fig. 6 evidencie uma ligeira inversão entre os valores de PC1 PC2.

y = 7,938x - 14219 R2 _{= 0,9124} 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 1000 2000 3000 4000

M.E.us - Módulo de elasticidade por ultrassons (MPa) M.E.fr - módulo de

elasticidade por frequência

ressonante (MPa) _{Revestimentos analisados PC1,}

PC2 e PC3 Linear (Revestimentos analisados PC1, PC2 e PC3)

Figura 7 – Relação entre os valores obtidos no ensaio do módulo de elasticidade por frequência de ressonância e módulo de elasticidade calculado pelo método de ultrassons Análise global dos resultados

Os ensaios de laboratório apresentam alguma correlação, embora pouco sensível a diferenças pequenas. Ou seja, embora se verifique a tendência expectável para que a uma maior resistência à compressão corresponda também um módulo de elasticidade superior, essa relação não é linear. Por outro lado, verifica-se que a resistência à compressão mostra pouca diferenciação neste conjunto de ensaios, pelo que qualquer problema existente época neste ensaio pode reflectir-se agora em todas as correlações efectuadas. Por exemplo o introdutor de ar do revestimento PC3 pode não ter funcionado bem nos ensaios de laboratório, em misturador de laboratório.

Verifica-se uma boa correlação entre os três ensaios in situ, o que é consistente com o facto de todos eles corresponderem, de certo modo, a medições da deformabilidade

medidas em condições idênticas (suporte, idade, ambiente, produto, aplicação). Observa-se que o tipo de acabamento influencia significativamente os resultados do ensaio com ultra-sons e o valor obtido com o esclerómetro de pêndulo e que, enquanto os ultra-sons aumentam para o acabamento rugoso, o valor do esclerómetro diminui. Quando se tenta comparar ensaios in situ com ensaios de laboratório, verifica-se que o ensaio de choque de esfera se correlaciona bem com os ensaios laboratoriais de compressão e de módulo de elasticidade, o mesmo se passando com o ensaio de ultra-sons, enquanto para o esclerómetro de pêndulo a correlação com os mesmos ensaios laboratoriais não é tão boa.

3. CONCLUSÕES

Os resultados obtidos mostram que os ensaios in situ permitem distinguir os revestimentos com diferentes características mecânicas, podendo portanto ser usados na avaliação do seu desempenho. Nestes ensaios, os melhores resultados foram obtidos com o choque de esfera e com os ultra-sons. O acabamento final, embora influencie os resultados, não altera significativamente a avaliação das características mecânicas. Nos revestimentos ensaiados, distinguem-se claramente duas classes, em termos de comportamento mecânico

in situ: revestimentos de rigidez e resistência elevadas (PC1 e PC2); revestimentos de

resistência e deformabilidade médias (PC3 e PC3(r)).

Os valores de módulo de elasticidade por frequência de ressonância obtidos em laboratório apontam para uma classificação semelhante. No entanto, os valores da resistência à compressão mostram diferenças pouco significativas, não permitindo distinguir as duas classes. Esta diferença pode ser devida a vários factores, como o introdutor de ar no PC3, ou a idade superior dos PC1 e PC2, se se admitir a tendência para, em revestimentos cimentícios, haver um aumento de resistência e de rigidez com a idade, em ambiente exterior.

Pode concluir-se que os ensaios de laboratório podem permitir prever, até certo ponto, o comportamento dos revestimentos aplicados, desde que sejam avaliados no seu conjunto e não apenas através de um ensaio. Nomeadamente, o ensaio de resistência à compressão, que é geralmente o mais utilizado, pode dar indicações imprecisas.

Os ensaios in situ mostram uma boa capacidade de caracterização do desempenho mecânico dos revestimentos aplicados.

Em qualquer caso, uma avaliação de desempenho com base experimental deve sempre ser feita a partir de vários ensaios, cruzando resultados e considerando uma interpretação global e não ensaio a ensaio.

4. BIBLIOGRAFIA

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2003. European Standard EN 998-1:2003.

[10] CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BÂTIMENT (CSTB) – Certification CSTB des enduits monocouches dʹimperméabilisation. Classification MERUC. Cahiers du CSTB, Paris(341), Cahier 2669-3, juillet-août 1993.

[11] TAVARES, Martha - Comportamento de argamassa de revestimentos de paredes.

Contribuição para o estudo da sua fendilhação. Lisboa: LNEC, Novembro de 2009.

Dissertação para obtenção do grau de Doutor em Arquitectura pela Faculdade de Arquitectura de Lisboa.