RESUMO
São várias as manifestações físicas da inadequação dos grautes para reparos hoje comercializados. Algumas muito óbvias, como a fissuração e o descolamento do substrato, outras menos evidentes, que só irão se manifestar ao longo do tempo, como por exemplo, as
relacionadas com a incompatibilidade dimensional, o que pode afetar a durabilidade e o trabalho conjunto dos materiais nas áreas de intervenção.
Mais do que um resgate das origens, é a formulação dos requisitos de desempenho, a partir das experiências acumuladas e dos novos conhecimentos decorrentes do conceito de vida útil, o que vai permitir a elevação do nível de qualidade das obras de recuperação. Como argumentação à proposta, é apresentado um estudo experimental, onde se formula um graute de baixo módulo com a adição de polímeros, destinado a reparos de grande área superficial, onde deverá se priorizar a maior resistência à fissuração, inclusive a provocada pela retração da pasta de cimento.
INTRODUÇÃO
Alguns materiais já tradicionais têm mostrado uma sensível redução de desempenho, infelizmente por se tornarem mais atrativos aos olhos do mercado, principalmente dos aplicadores, muitas vezes sem que sejam levados em conta os interesses e as expectativas do
consumidor final. O que acontece com os grautes de reparo é interessante. Prevalece a idéia de que o importante é garantir altos valores de resistência inicial e final. Pouco se investe em garantir baixa retração, boa aderência e compatibilidade com as propriedades mecânicas do substrato e ainda, com as mudanças volumétricas, de temperatura e de umidade da estrutura; questões que em muitos casos são decisivas para o sucesso do reparo. Neste contexto, há ainda que se considerar que alguns profissionais preferem formular seus próprios materiais na obra. Não há nada de errado nisso, desde que sejam estabelecidos normas e procedimentos eficazes para a obtenção de um melhor controle de desempenho dos materiais produzidos em obra e pela indústria. Portanto aí reside a grande importância de submeter ao meio técnico a discussão dos requisitos de desempenho dos materiais para reparo e proteção de estruturas de concreto armado, de forma a evitar a possibilidade de generalização e banalização da qualidade.
O que se entende por graute de reparo? Um graute de reparo é de preferência um microconcreto uma vez que as argamassas tixotrópicas de preenchimento são ideais para espessuras menores, pois dispensam a necessidade de fôrmas; pode ou não apresentar expansão, dependendo do tipo de reparo. Em alguns casos a expansão pode até ser prejudicial, deixando o material susceptível à fissuração por retração. Uma atenção especial deverá ser dada à compatibilidade com o substrato, no que se refere ao comportamento das propriedades mecânicas (resistência e deformabilidade) entre o graute e o concreto da peça que está sendo reparada. Outros aspectos importantes podem estar relacionados com problemas estéticos como: cor, acabamento, ou ainda outras propriedades mais específicas como resistência a altas temperaturas, resistência à abrasão/cavitação, resistência química, etc.
Alguns materiais já tradicionais têm mostrado uma sensível redução de desempenho, infelizmente por se tornarem mais atrativos aos olhos do mercado, principalmente dos aplicadores, muitas vezes sem que sejam levados em conta os interesses e as expectativas do
consumidor final. O que acontece com os grautes de reparo é interessante. Prevalece a idéia de que o importante é garantir altos valores de resistência inicial e final. Pouco se investe em garantir baixa retração, boa aderência e compatibilidade com as propriedades mecânicas do substrato e ainda, com as mudanças volumétricas, de temperatura e de umidade da estrutura; questões que em muitos casos são decisivas para o sucesso do reparo. Neste contexto, há ainda que se considerar que alguns profissionais preferem formular seus próprios materiais na obra. Não há nada de errado nisso, desde que sejam estabelecidos normas e procedimentos eficazes para a obtenção de um melhor controle de desempenho dos materiais produzidos em obra e pela indústria. Portanto aí reside a grande importância de submeter ao meio técnico a discussão dos requisitos de desempenho dos materiais para reparo e proteção de estruturas de concreto armado, de forma a evitar a possibilidade de generalização e banalização da qualidade.
O que se entende por graute de reparo? Um graute de reparo é de preferência um microconcreto uma vez que as argamassas tixotrópicas de preenchimento são ideais para espessuras menores, pois dispensam a necessidade de fôrmas; pode ou não apresentar expansão, dependendo do tipo de reparo. Em alguns casos a expansão pode até ser prejudicial, deixando o material susceptível à fissuração por retração. Uma atenção especial deverá ser dada à compatibilidade com o substrato, no que se refere ao comportamento das propriedades mecânicas (resistência e deformabilidade) entre o graute e o concreto da peça que está sendo reparada. Outros aspectos importantes podem estar relacionados com problemas estéticos como: cor, acabamento, ou ainda outras propriedades mais específicas como resistência a altas temperaturas, resistência à abrasão/cavitação, resistência química, etc.
O que exigir de um graute de reparo? Não existem no Brasil normas nem procedimentos que permitam especificar e controlar os materiais para reparo. HELENE e LEVI, 1998 recomendaram uma série de especificações para vários materiais de reparo, inclusive grautes, algumas das quais foram utilizadas na Tabela 1, que se apresenta para discussão. Os materiais de reparo, de forma geral, são classificados em: materiais com função estrutural e materiais sem função estrutural. Os primeiros irão participar ativamente da nova
capacidade estrutural que o elemento irá adquirir após o reparo. Dos segundos, exige-se apenas estabilidade e capacidade de proteção das armaduras.
É útil uma classificação para grautes de reparo? Considerando que um graute de reparo pode ser solicitado para diferentes situações, é
justificável que se encontrem disponíveis no mercado uma grande variedade de produtos. Provavelmente esta condição propiciou o desenvolvimento de produtos industriais de características diferentes, sem seguir um padrão determinado. A classificação dos grautes de
reparo (ver Tabela 2) ajudaria a organizar o mercado, serviria como uma ferramenta de especificação e permitiria o desenvolvimento de materiais de maneira mais adequada. Evidentemente esta classificação também facilitaria a normalização destes materiais.
capacidade estrutural que o elemento irá adquirir após o reparo. Dos segundos, exige-se apenas estabilidade e capacidade de proteção das armaduras.
É útil uma classificação para grautes de reparo? Considerando que um graute de reparo pode ser solicitado para diferentes situações, é
justificável que se encontrem disponíveis no mercado uma grande variedade de produtos. Provavelmente esta condição propiciou o desenvolvimento de produtos industriais de características diferentes, sem seguir um padrão determinado. A classificação dos grautes de
reparo (ver Tabela 2) ajudaria a organizar o mercado, serviria como uma ferramenta de especificação e permitiria o desenvolvimento de materiais de maneira mais adequada. Evidentemente esta classificação também facilitaria a normalização destes materiais.
Clique na imagem para ampliar
O que seria um graute de reparo de baixo módulo?
A demanda por microconcretos de reparo de baixo módulo ainda é muito limitada, pois o mercado técnico ainda dá pouca importância ao valor do módulo de deformação dos materiais de reparo, priorizando a resistência à compressão. Em contrapartida, é estimulante saber que alguns projetos, geralmente assinados por especialistas de maior renome, requerem, com ênfase, a compatibilidade das deformações do material de reparo com as da estrutura. Outras razões de força que levam solicitar esse material estão relacionadas ao melhor
desempenho perante deformações de curto e longo prazo, impostas pela retração, a fluência, as cargas térmicas, cíclicas, etc.
Um microconcreto de reparo de baixo módulo deverá ser especificado em condições de confinamento mínimo, geralmente em locais onde a relação área/volume está acima do que poderia ser admitido para um graute comum, sem que haja risco da ocorrência de fissuras de retração que comprometam o desempenho esperado. Poderão ser especificados, por exemplo, no reparo de pisos e canaletas, em revestimento de túneis, nos revestimentos para o reforço de paredes e pilares, com ou sem armaduras de cintamento.
A demanda por microconcretos de reparo de baixo módulo ainda é muito limitada, pois o mercado técnico ainda dá pouca importância ao valor do módulo de deformação dos materiais de reparo, priorizando a resistência à compressão. Em contrapartida, é estimulante saber que alguns projetos, geralmente assinados por especialistas de maior renome, requerem, com ênfase, a compatibilidade das deformações do material de reparo com as da estrutura. Outras razões de força que levam solicitar esse material estão relacionadas ao melhor
desempenho perante deformações de curto e longo prazo, impostas pela retração, a fluência, as cargas térmicas, cíclicas, etc.
Um microconcreto de reparo de baixo módulo deverá ser especificado em condições de confinamento mínimo, geralmente em locais onde a relação área/volume está acima do que poderia ser admitido para um graute comum, sem que haja risco da ocorrência de fissuras de retração que comprometam o desempenho esperado. Poderão ser especificados, por exemplo, no reparo de pisos e canaletas, em revestimento de túneis, nos revestimentos para o reforço de paredes e pilares, com ou sem armaduras de cintamento.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
O objetivo foi definir o traço de um microconcreto de reparo de baixo módulo para produção industrial. Este programa foi dividido em três etapas chamadas de “experimentos”, que foram desenvolvidas ao longo de três anos, com o envolvimento de várias instituições. A
particularidade do traço desenvolvido é referente à utilização de polímeros com o objetivo de aumentar a deformabilidade do material e torná-lo mais resistente à retração. Os polímeros testados foram: um éter de polipropileno glicol (EPG), uma emulsão 50% de estireno butadieno (SBR) e uma emulsão à 48% de copolímero de acrílico estirenado (AR). No avanço da pesquisa, foi testada a adição de um superplastificante à base de uma mistura de naftaleno e melamina sulfonados4, o que permitiu ainda a redução da quantidade de ar
incorporado. Finalmente, um aditivo expansor à base de pó de alumínio ativo foi introduzido como um elemento a mais para combater a retração total, sem que houvesse expansão.Foram utilizados: um cimento de alta resistência inicial (CP V ARI); uma areia prémisturada, visando o máximo empacotamento das frações comerciais 80/100 (30%), 40/60 (30%) e 20/30 (40%); um pedrisco com dimensão máxima característica de 9,5 mm. Para a definição da família de concretos de mesma consistência a ser trabalhada, foram
realizadas dosagens experimentais com consumo máximo de 450 kg/m3 de cimento, buscando determinar o teor de argamassa requerido (HELENE & TERZIAN, 1993). De posse do “diagrama de dosagem”, foram escolhidas as relações água/cimento (a/c) 0,35 e 0,50 para o estudo de comportamento destes materiais. Os traços de partida foram: 1:1,2:1,8 para a relação a/c 0,35 (Teor de agregado, m = 3)1:1,88:2,82 para a relação a/c 0,50 (Teor de agregado, m = 4,7)
Experimento 1 – Adicionando polímeros Para estudar melhor as variáveis do experimento foram utilizados traços isentos de outros
aditivos - pastificante ou expansor (GARCIA, 2001), conseqüentemente com “slump zero”.
O objetivo foi definir o traço de um microconcreto de reparo de baixo módulo para produção industrial. Este programa foi dividido em três etapas chamadas de “experimentos”, que foram desenvolvidas ao longo de três anos, com o envolvimento de várias instituições. A
particularidade do traço desenvolvido é referente à utilização de polímeros com o objetivo de aumentar a deformabilidade do material e torná-lo mais resistente à retração. Os polímeros testados foram: um éter de polipropileno glicol (EPG), uma emulsão 50% de estireno butadieno (SBR) e uma emulsão à 48% de copolímero de acrílico estirenado (AR). No avanço da pesquisa, foi testada a adição de um superplastificante à base de uma mistura de naftaleno e melamina sulfonados4, o que permitiu ainda a redução da quantidade de ar
incorporado. Finalmente, um aditivo expansor à base de pó de alumínio ativo foi introduzido como um elemento a mais para combater a retração total, sem que houvesse expansão.Foram utilizados: um cimento de alta resistência inicial (CP V ARI); uma areia prémisturada, visando o máximo empacotamento das frações comerciais 80/100 (30%), 40/60 (30%) e 20/30 (40%); um pedrisco com dimensão máxima característica de 9,5 mm. Para a definição da família de concretos de mesma consistência a ser trabalhada, foram
realizadas dosagens experimentais com consumo máximo de 450 kg/m3 de cimento, buscando determinar o teor de argamassa requerido (HELENE & TERZIAN, 1993). De posse do “diagrama de dosagem”, foram escolhidas as relações água/cimento (a/c) 0,35 e 0,50 para o estudo de comportamento destes materiais. Os traços de partida foram: 1:1,2:1,8 para a relação a/c 0,35 (Teor de agregado, m = 3)1:1,88:2,82 para a relação a/c 0,50 (Teor de agregado, m = 4,7)
Experimento 1 – Adicionando polímeros Para estudar melhor as variáveis do experimento foram utilizados traços isentos de outros
aditivos - pastificante ou expansor (GARCIA, 2001), conseqüentemente com “slump zero”.
Nesta etapa foram verificadas as principais propriedades do concreto no estado fresco e, no estado endurecido, aquelas de interesse às etapas consecutivas do estudo. Por motivos de limitação de espaço são apresentados apenas os seguintes resultados: absorção capilar; retração livre (NBR 8490/1984); retração restringida (Anel de Coutinho); resistência à compressão (NBR 5739/1994); resistência à tração por compressão diametral (NBR 7222/1994); e, módulo de
deformação secante (NBR 8522/1984). Foram moldados diferentes corpos-de-prova, seguindo as metodologias de ensaio normalizadas. Após 24 horas, realizada a desforma, os corpos-de-prova foram mantidos em ambiente de laboratório (23oC, 75% de U.R.). Já no caso dos corpos-de-prova usados para retração livre, todos foram colocados na câmara climática (23oC, 50% de U.R.) assim que moldados. Somente um dos grupo moldados foi desformado após 7 dias.
Experimento 2 – Fluidificando o microconcreto A adição do superplastificante, com o objetivo de atingir o limite mínimo de espalhamento de 240 mm, foi feito somente no traço com relação a/c = 0,35. As variáveis “polímero” e “teor de polímeros” se mantiveram conforme o realizado no experimento 1. Nesta etapa foram determinados apenas: resistência à compressão, módulo de deformação e resistência à tração por compressão diametral, segundo os procedimentos mencionados no próprio experimento 1.
Experimento 3 – Necessidade do expansor Já nesta etapa o número de variáveis dependentes foi reduzido a apenas uma: determinou-se
o teor de aditivo expansor que compensaria a retração plástica (sem provocar expansão), em três recipientes cilíndricos: (5x10)cm2, (10x20)cm2 e (15x10)cm2 (relação diâmetro/altura do cilindro).
No microconcreto utilizado nesta etapa foi adotado o traço com relação a/c = 0,35, modificado com 1,5% de polímero AR e superplastificante. A adição de expansor contribui para
a fluidificação da mistura, que foi ajustada com a redução do teor de superplastificante. Para este traço foram utilizados três teores de aditivo expansor, mantendo a mistura de referência sem expansor.
Foram moldados corpos-de-prova para a medida de resistência à compressão, resistência à tração e módulo para as idades de 3, 7, 14, 28 e 91 dias, os quais foram curados segundo os procedimentos expostos no experimento 1. Foram moldados os corpos-de-prova para a determinação da retração livre, com desforma à 24 horas. Estes corpos-de-prova foram mantidos em câmara climática, como descrito no experimento 1. Já os anéis de Coutinho moldados, foram expostos a diferentes condições, como se descreve na Tabela 6.
RESULTADOS
A redução da absorção capilar com a introdução dos polímeros SBR e AR é evidente (ver Tabela 5), sem que fossem verificadas diferenças significativas entre um e outro polímero. Já o EPG produz um efeito claro de redução da absorção, apenas no traço com relação a/c = 0,35. A efetividade do EPG para a redução da absorção deve estar associada ao diâmetro dos poros maiores da estrutura capilar, que influenciam significativamente na absorção, porém com menor
influência na retração e na fluência. Com a adição de SBR ou AR em teores acima de 1,5%, a absorção capilar cai pela metade.
Atribui-se esse efeito ao entupimento dos poros capilares, onde provavelmente aparecem membranas de polímeros formadas com a coalescência. Com relação à resistência à compressão (ver Tabela 5) verifica-se, em todos os casos, a perda da resistência, principalmente com a adição de polímero SBR e AR. Esta manifestação é ainda mais intensa para relação a/c = 0,5 e melhora com a adição de superplastificante ao traço.
Contrariamente, na adição de EPG, verificara-se resultados os piores resultados com menor relação a/c. De qualquer modo, o traço contendo polímeros EPG, SBR ou AR e ainda aditivo superplastificante apresentam perdas entre 10% a 15% da resistência à compressão do concreto de referência.
deformação secante (NBR 8522/1984). Foram moldados diferentes corpos-de-prova, seguindo as metodologias de ensaio normalizadas. Após 24 horas, realizada a desforma, os corpos-de-prova foram mantidos em ambiente de laboratório (23oC, 75% de U.R.). Já no caso dos corpos-de-prova usados para retração livre, todos foram colocados na câmara climática (23oC, 50% de U.R.) assim que moldados. Somente um dos grupo moldados foi desformado após 7 dias.
Experimento 2 – Fluidificando o microconcreto A adição do superplastificante, com o objetivo de atingir o limite mínimo de espalhamento de 240 mm, foi feito somente no traço com relação a/c = 0,35. As variáveis “polímero” e “teor de polímeros” se mantiveram conforme o realizado no experimento 1. Nesta etapa foram determinados apenas: resistência à compressão, módulo de deformação e resistência à tração por compressão diametral, segundo os procedimentos mencionados no próprio experimento 1.
Experimento 3 – Necessidade do expansor Já nesta etapa o número de variáveis dependentes foi reduzido a apenas uma: determinou-se
o teor de aditivo expansor que compensaria a retração plástica (sem provocar expansão), em três recipientes cilíndricos: (5x10)cm2, (10x20)cm2 e (15x10)cm2 (relação diâmetro/altura do cilindro).
No microconcreto utilizado nesta etapa foi adotado o traço com relação a/c = 0,35, modificado com 1,5% de polímero AR e superplastificante. A adição de expansor contribui para
a fluidificação da mistura, que foi ajustada com a redução do teor de superplastificante. Para este traço foram utilizados três teores de aditivo expansor, mantendo a mistura de referência sem expansor.
Foram moldados corpos-de-prova para a medida de resistência à compressão, resistência à tração e módulo para as idades de 3, 7, 14, 28 e 91 dias, os quais foram curados segundo os procedimentos expostos no experimento 1. Foram moldados os corpos-de-prova para a determinação da retração livre, com desforma à 24 horas. Estes corpos-de-prova foram mantidos em câmara climática, como descrito no experimento 1. Já os anéis de Coutinho moldados, foram expostos a diferentes condições, como se descreve na Tabela 6.
RESULTADOS
A redução da absorção capilar com a introdução dos polímeros SBR e AR é evidente (ver Tabela 5), sem que fossem verificadas diferenças significativas entre um e outro polímero. Já o EPG produz um efeito claro de redução da absorção, apenas no traço com relação a/c = 0,35. A efetividade do EPG para a redução da absorção deve estar associada ao diâmetro dos poros maiores da estrutura capilar, que influenciam significativamente na absorção, porém com menor
influência na retração e na fluência. Com a adição de SBR ou AR em teores acima de 1,5%, a absorção capilar cai pela metade.
Atribui-se esse efeito ao entupimento dos poros capilares, onde provavelmente aparecem membranas de polímeros formadas com a coalescência. Com relação à resistência à compressão (ver Tabela 5) verifica-se, em todos os casos, a perda da resistência, principalmente com a adição de polímero SBR e AR. Esta manifestação é ainda mais intensa para relação a/c = 0,5 e melhora com a adição de superplastificante ao traço.
Contrariamente, na adição de EPG, verificara-se resultados os piores resultados com menor relação a/c. De qualquer modo, o traço contendo polímeros EPG, SBR ou AR e ainda aditivo superplastificante apresentam perdas entre 10% a 15% da resistência à compressão do concreto de referência.
De modo semelhante ao que ocorre com a compressão, há uma queda do módulo de deformação (ver Tabela 5), notadamente maior no caso dos polímeros SBR e AR e tão maior quanto maior for o teor de polímero. Isto é amenizado pela introdução dos aditivos superplastificantes e expansor. Aparentemente, para iguais teores de polímero SBR e AR há uma queda maior do módulo utilizando AR no concreto com relação a/c = 0,35. A adição de 5% de polímero SBR ou AR pode reduzir o módulo do concreto de referência da ordem de 20% a 25%. Curiosamente verifica-se que em todos os casos a alteração da resistência à tração é mínima (ver Tabela 5). A partir desse instante, a característica que mais chama a atenção é a relação Em/ftm que definiria uma certa deformação crítica teórica (x) em [mm/mm] (ver Figura 1). Esse valorcaracteriza a tolerância do concreto a deformações impostas (SUJJAVANICH & LUNDY, 1998;
TANGO, 2001), inclusive pela retração - Deformabilidade. (RAHMAN, et al, 1999).
TANGO, 2001), inclusive pela retração - Deformabilidade. (RAHMAN, et al, 1999).
Ao avaliar a retração dos corpos-de-prova com desforma após 7 dias observou-se que omelhor desempenho foi obtido pelo EPG (2%), seguido pelo AR (1,5%) e pelo SBR (5%), nessa ordem. Verificou-se uma perda da capacidade de redução da retração dos polímeros SBR e AR à longo prazo, com o aumento destes polímeros na composição, sem que se tenha uma explicação clara para tal.
Houve uma correspondência aceitável entre os resultados teóricos da Figura 3 e os da Tabela 6, com a avaliação da retração restringida.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
É muito importante levar à discussão pelo meio técnico, a questão dos requisitos dedesempenho que deverão ser exigidos dos materiais de reparo. A resistência à compressão deverá deixar de ser o único parâmetro a ser levado em conta na escolha ou preferência por um ou por outro material de preenchimento. As conclusões deste trabalho sugerem uma tendência tecnológica evidente, relacionada ao desenvolvimento de grautes e microconcretos de reparo de comportamento mais compatível com o do substrato e menos sujeitos à fissuração e à delaminação. A pesquisa experimental apresentada aborda apenas o aspecto deformabilidade. Outras propriedades deverão ser avaliadas em novos trabalhos. A análise dos resultados aqui expostos demonstra que não há dificuldade para se garantir a compatibilidade dimensional quando este quesito for requerido, passando pelo necessário controle da retração, em situações com relação área/volume muito elevada. Recomenda-se para a redução da retração, o uso de aditivos à base de EPG, SBR ou AR. Foi verificada a total compatibilidade entre os aditivos poliméricos, o superplastificante e o agente expansor.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem às instituições que de forma direta ou indireta contribuiram para este trabalho: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, Fosroc Reax e Denver Global.
L. Tula1; P.S.F. Oliveira2; P. Helene3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
É muito importante levar à discussão pelo meio técnico, a questão dos requisitos dedesempenho que deverão ser exigidos dos materiais de reparo. A resistência à compressão deverá deixar de ser o único parâmetro a ser levado em conta na escolha ou preferência por um ou por outro material de preenchimento. As conclusões deste trabalho sugerem uma tendência tecnológica evidente, relacionada ao desenvolvimento de grautes e microconcretos de reparo de comportamento mais compatível com o do substrato e menos sujeitos à fissuração e à delaminação. A pesquisa experimental apresentada aborda apenas o aspecto deformabilidade. Outras propriedades deverão ser avaliadas em novos trabalhos. A análise dos resultados aqui expostos demonstra que não há dificuldade para se garantir a compatibilidade dimensional quando este quesito for requerido, passando pelo necessário controle da retração, em situações com relação área/volume muito elevada. Recomenda-se para a redução da retração, o uso de aditivos à base de EPG, SBR ou AR. Foi verificada a total compatibilidade entre os aditivos poliméricos, o superplastificante e o agente expansor.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem às instituições que de forma direta ou indireta contribuiram para este trabalho: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, Fosroc Reax e Denver Global.
1, 2. Denver Global, Av. João Batista Fitipaldi, 500, Suzano, 08675-970, SP, Brasil.
3. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, PCC / USP, Caixa Postal 61.548, São Paulo, 05424-970, Brasil.
