Uso de adiçÃo de materiais desperdício em morteiro



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Anais do 47º
Congresso Brasileiro de Cerâmica

Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society

15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil



FLUÊNCIA EM ARGAMASSAS E CONCRETOS:

o ESTADO DA ARTE

M.A. Coimbra, W. Libardi e M.R. Morelli

Via Washington Luiz, Km 235 - CEP: 13.565-905 – São Carlos – SP – Brasil

E-mail: mateuscoimbra@hotmail.com

Departamento de Engenharia de Materiais - UFSCar

RESUMO
O objetivo deste trabalho consistiu em uma breve descrição de literatura sobre o estado da arte da fluência em argamassas e concretos, uma propriedade viscoelástica que se origina na pasta endurecida de cimento e presume-se que esteja relacionada principalmente à remoção da água adsorvida. Normalmente, concorda-se que, além dos movimentos da umidade, há outras causas que contribuem para o fenômeno de fluência. A não-linearidade da relação tensão-deformação no concreto mostra claramente a contribuição das microfissuras da zona de transição à fluência, associada ao conhecimento das engenharias civil e materiais. A técnica de formação de uma microestrutura controlada vem sendo apontada como uma promissora alternativa para o entendimento do mecanismo de fluência. A avaliação do estudo bibliográfico procurou apontar os principais parâmetros envolvidos nesta propriedade, de maneira a incentivar o seu desenvolvimento e pesquisa, e que infelizmente, pouca atenção tem recebido por parte da comunidade científica.


Palavras-chaves: Argamassa, concreto, propriedades, fluência.

INTRODUÇÃO

O concreto já há algum tempo é considerado o material mais amplamente utilizado no mundo e o alcance de seu desempenho (físico e mecânico) aumenta continuamente. Ao mesmo tempo, é um começo da possibilidade de determinar precisamente os parâmetros da composição e produção que melhor encontra a especificação do material, isto é, um conjunto de propriedades funcionais fixadas ou escolhidas para um determinado projeto. A industria indubitavelmente fará mais e mais uso de seu domínio (1).

Neste contexto, modelos baseados em simulações aumentam seu papel, não somente para os últimos passos dados pela indústria da construção como: cálculos das estruturas e das quantidades de aços, análises dos estados limites de tensão, entre outros, mas também como uma ferramenta para comparação das diferentes soluções nas estruturas dos materiais. Esta otimização que leva a um “aumento de soluções” emprega uma quantidade de ferramentas que levam para a possibilidade de um projeto mais rápido, seguro e eficiente (2).

A combinação de aço e concreto tem feito deste um dos principais materiais populares do mundo. No entanto, a necessidade de conhecimento sobre o desempenho do concreto ao longo do tempo e o rigor dos impactos ambientais tem causado sérios problemas. Existem diferentes causas de deterioração das estruturas de concreto, assim como corrosão das barras de reforço devido a carbonatação ou entrada do cloro, ação esquenta-esfria, ataque de sulfatos, ação de agregados álcalis, entre outros.

O uso de materiais ou planejamentos errados, números inadequados, controle insuficiente da qualidade, cura inadequada, etc. têm reduzido a vida útil das estruturas ou tem aumentado demasiadamente a manutenção, aumentando os custos. Como resultado, mais e mais normas restritivas são introduzidas em vários códigos de numeração prática com os projetos e construção destas estruturas. Isto agora é conhecido através de vários sistemas de normalização como: American Society for Testing and Materials (ASTM), Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT-NBR), European Standard on Concrete, entre outras.

O impacto econômico do problema da durabilidade conduz a uma pesquisa extensiva de duas décadas e tem iniciado os caminhos para a produção de melhores e mais duráveis concretos ou estruturas, feitas com este material, reforçadas. Muitos métodos de ensaios e desenvolvimento de técnicas têm mostrado através dos anos uma taxação residual no tempo de vida de estruturas existentes.

As propriedades da engenharia para o concreto, assim como resistência, durabilidade, retração, permeabilidade e fluência são diretamente influenciadas e controladas pelo número, tipo tamanho e distribuição de poros presentes na pasta de cimento, no agregado e na interface entre os dois. Por exemplo, elasticidade e fluência do concreto são afetadas pelo volume total de poros considerando que a resistência é influenciada pela distribuição do tamanho de poros (3,4).

Um bom tempo tem decorrido desde a primeira observação da retração do concreto no século passado e a descoberta da fluência em 1907 por Hatt (5). Desde então, muitas pesquisas têm sido dedicadas para este complexo problema. No entanto, o fenômeno da fluência e retração tem muito a que serem conhecidas para serem totalmente entendidas. Este tema tem sido objeto de estudo das melhores mentes no campo da pesquisa em cimento e concreto e ciência dos materiais, ao longo dos últimos 90 anos, tais como: Glanville, Dischinger, Troxell (6), Picket, McHenry, L’Hermite (7), Powers, Hansen and Mattock (8), Rüsch, Neville (9), Trost, Dilger, Wittman, Hilsdorf, Müller, Huet, Carol, (10).

Acredita-se que espaços capilares maiores do que 50 nm (macroporos) são prejudiciais à resistência e impermeabilidade, e considerando vazios menores do que 50 nm (microporos) são mais danosos à retração por secagem e fluência (11). A água existente em poros maiores do que 50 nm comporta-se como água livre e possui um papel importante na durabilidade do concreto.

Fluência DO CONCRETO

A primeira observação da importância do componente viscoso no comportamento do concreto foi a propriedade fluência (2). A deformação que é produzida no curso de um ensaio de fluência (após subtrair o efeito da retração) no fim do carregamento pode ser 3 ou 4 vezes a deformação inicial (elástica), que é totalmente excepcional para este material. O papel do teor de água é mais importante aqui e é paradoxal, se os testes são conduzidos em que não há mudança de água com o meio ambiente (fluência básica), a diminuição do teor de evaporação de água da amostra diminui a fluência, tornando a desprezível (1).

No entanto, se os ensaios forem conduzidos em atmosfera seca, a maior falta de umidade provoca uma maior fluência – em até 5 vezes mais fluência do concreto do que com o mais alto teor de água. A água possui um importante papel
(Figura 1) (11). O teor de água no concreto representa um papel essencial na fluência: concreto que possui o estado seco onde a evaporação da água ocorreu totalmente não está sujeito à fluência. Dois mecanismos são aparentes na análise cinética da fluência básica para pastas de cimentos puros e concretos que são completamente protegidos da secagem; ambos são compatíveis com a mobilidade da água (12,13).

Figura 1 – Fluência em relação às condições higroscópicas (14).


As características de um curto tempo do primeiro mecanismo, na ordem de 10 dias sugerem uma tensão induzida do movimento da água em direção aos diâmetros de poros mais largos (0,1-1 mm). Este mecanismo de fluência de curto tempo foi primeiro sugerido por Ruetz (15) e investigado por Wittmann (16).

Ele foi atribuído à mudança do equilíbrio higroscópico no espaço preenchido pelo gás que gera a tensão e deformação (e eventualmente as microtrincas), que resultam em um componente da fluência. A energia de ativação deste primeiro mecanismo pode ser a permeação do poro capilar saturado. Resultados de experimentos recentes mostraram a evidência desta fluência de curto tempo sobre a compressão uniaxial ocorrendo sobre um aumento de volume (que é consistente com este tipo de mecanismo) (17).

O segundo mecanismo corresponde a um comportamento viscoso irreversível e parece ser mais correlacionado ao fluxo viscoso na hidratação (deslizamento entre camadas que é crescentemente inibido pelo tempo). Esta fluência de longo tempo ocorre sobre quase a volume constante (2Error: Reference source not found), que é consistente com o mecanismo viscoso de deslizamento. Um mecanismo do tipo deslocação, dentro das camadas do C-S-H (CaO-SiO2-H2O) da pasta de cimento hidratado, tem sido recentemente sugerido para ser uma fluência de longo tempo (18).

A fluência pode ser definida como o aumento da deformação sob tensão mantida (Figura 3) e, como esse aumento pode ser várias vezes maior do que a deformação no momento do carregamento, a fluência tem considerável importância nas estruturas.

A fluência também pode ser considerada sob outro ponto de vista. Se houver uma contenção tal que um concreto sob tensão esteja submetido a uma deformação constante, a fluência se manifesta como uma redução progressiva da tensão com o tempo (19). Essa forma de relaxação é mostrada na Figura 2.

Em condições normais de carregamento, a deformação instantânea registrada depende da velocidade da aplicação da carga e inclui, portanto, não apenas a deformação elástica, mas também uma parte da fluência. É difícil distinguir precisamente a deformação elástica imediata e a fluência inicial, mas isso não tem importância prática, pois elasticidade do concreto aumenta com a idade, a deformação elástica descresse progressivamente e, a rigor a fluência deveria ser tomada como a deformação que excede a deformação elástica no momento em que a fluência está sendo determinada (Figura ). Muitas vezes o módulo de elasticidade não é determinado em várias idades e a fluência é simplesmente tomada como um acréscimo de deformação para além da deformação elástica inicial. Esta definição, embora teoricamente menos correta, não introduz erros sérios e muitas vezes é conveniente e usá-la, exceto em análises rigorosas.




Figura 2 – Relaxação de tensão sob deformação constante de 360 x 10-6 (19).



Figura 3 – Deformação dependente do tempo em concreto submetido a carga mantida.


FATORES QUE INFLUENCIAM A FLUÊNCIA
Na maior parte das pesquisas, a fluência é estudada empiricamente tendo como objetivo a determinação de como é influenciada por várias outra propriedades do concreto. Na interpretação dos muitos dados disponíveis, surge uma dificuldade do fato de que, na dosagem do concreto, não é possível alterar um dos fatores sem alterar também pelo menos mais um outro. Por exemplo, variar simultaneamente o teor de cimento e conseqüentemente a relação água/cimento de uma mistura, varia a sua trabalhabilidade. No entanto, certas influências são evidentes.

Alguns desses fatores se devem às propriedades intrínsecas da mistura, outros, de condições externas. Antes de qualquer coisa, deve ser notado que, realmente, é a pasta de cimento hidratado que apresenta fluência, sendo o papel do agregado basicamente o de contenção; os agregados normais não são sujeitos a fluência quando submetidos às tensões usuais no concreto. Assim, a situação é semelhante ao que ocorre com a retração. Portanto, a fluência é uma função do teor em volume de pasta de cimento no concreto, mas a dependência não é linear. Foi mostrado (20) que a fluência do concreto, c, o teor em volume de agregado, g, e o teor em volume de cimento não hidratado, u, estão relacionados pela expressão (A):


(A)
onde cp é a fluência da pasta de cimento com as mesmas características da usada no concreto e  (B):
(B)
Nessa expressão, a é o coeficiente de Poisson do agregado, é o módulo de Poisson do material envolvente (concreto), Ea é o módulo de elasticidade do agregado e E é o módulo de elasticidade do material envolvente. Essa expressão se aplica a concretos com agregados leves ou com agregados normais (21).

Foi proposto que a granulometria, o tamanho máximo e a forma do agregado seriam fatores da fluência . No entanto, a principal influência vem do efeito, direto ou indireto, sobre o teor de agregado, desde que sempre se obtenha o adensamento pleno do concreto.

Existem algumas propriedades físicas do agregado que podem ter influência sobre a fluência do concreto. O módulo de elasticidade é, provavelmente, o fator mais importante. Quanto maior o módulo de elasticidade, maior o efeito de contenção oferecido pelo agregado à fluência potencial da pasta de cimento hidratado.

A porosidade do agregado também mostrou ter influência sobre a fluência do concreto, mas, como os agregados com grande porosidade geralmente têm um módulo de elasticidade baixo, é possível que a porosidade não seja um fator independente da fluência.

Não existe uma diferença fundamental entre agregados leves e agregados normais, no que diz respeito à fluência, e uma fluência maior dos concretos com agregados leves é apenas um reflexo do menor módulo de elasticidade desses agregados. A velocidade da fluência de concretos com agregados leves diminui com o tempo menos lentamente do que no caso dos agregados normais. Como regra geral, pode-se afirmar que a fluência de um concreto leve com qualidade estrutural é aproximadamente igual à dos concretos com agregado normal. Em qualquer comparação, é importante que não difiram muito os teores de agregados de concretos leves ou normais. Além disso, como a deformação elástica de concretos com agregados leves é geralmente maior do que a dos concretos normais, a relação entre a fluência e a deformação elástica é menor no caso dos concretos com agregados leves (22).
COMENTÁRIOS FINAIS
O estudo da fluência representa uma atrativa classe de conceitos para o desenvolvimento de pesquisas científicas e tecnológicas, dado ao grande número de aplicações na construção civil, e à falta de conhecimento para o controle das inúmeras variáveis que regem as características finais deste tipo de propriedade.

Importantes contribuições nesta área podem resultar de estudos que analisem os mecanismos de formação e a influência de características externas sobre a propriedade final, sob condições adequadas de preparação e, sobretudo o efeito do controle micro e macro estrutural do material, diminuindo assim, o número de variáveis a serem analisadas e compreendidas.



AGRADECIMENTOS

Os autores do presente trabalho agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP (processo n.º 02/03749-8).



REFERÊNCIAS

1. ACKER, P.; ULM, F.J. Creep and shrinkage of concrete: physical origins and practical measurements. Nuclear engineering and design. Cambridge, v. 203, p. 143-158, 2001.


2. ABDUNUR, C.; ACKER, P.; MIAO, B. Superficial shrinkage of concrete: evaluation and modelling. In: Proceedings IABSE symposium on durability of structures. Lisbon, 1989.
3. POWERS, T. C.; COPELAND, L. E.; MANN, H. M. Capillary continuity or discontinuity in cement pastes. J Portland Cement Assoc Res Dev Lab. v. 2, p. 38-48, 1959.
4. VERBECK, G. J.; Pore structure – significance of tests and properties of concrete and concrete making materials. ASTM Special Tech Publ. 169A, p. 211-219, 1982.
5. RILEM Recommendation, Measurement of time-dependent strains of concrete, prepared by Subcomm. (4 of RILEM committee TC107-CSP) In: ACKER, P. et al. Mater. Struct. Paris, v. 31 p. 507-512, 1998.
6. TREXELL, G. E.; RAPHAEL, J. E.; DAVIS, R. W. Long-time creep and shrinkage tests of plain and reinforced concrete. Proc. ASTM 58. p. 1101-1120, 1958.
7. L’HERMITE, R. G.; MAMILLIAN, M.; LEFÈVRE, C. Nouveaux resultants de recherches sur la deformation ét la rupture du béton. Ann. Inst. Techn. Bâtim. Trav. v. 18 p. 207-208, 1965.
8. HANSEN, T. C.; MATTOCK, A. H. Influence of size and shape of member on the shrinkage and creep of concrete. ASCE J. Eng. Mech. v. 11, p. 1261-1270, 1966.
9. NEVILLE, A. M.; DILGER, W. H.; BROOKS, J. J. Creep of plain and structural concrete. Construction Press. London and New York, 1983.
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11. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto, estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: PINI, 1994.
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13. ULM, F. J.; ACKER, P. Le point sur le fluage et la recouvrance des bétons. Bull. Labo P. CH., Spécial XX. Paris, p. 73-82, 1998.
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18. BAZANT, Z. P. et al. Microprestress-solidification theory for concrete creep. I: aging and drying effects. J. eng. Mech. ASCE. v. 11, p. 1188-1194, 1997.
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20. NEVILLE, A. M. Creep of concrete as a function of its cement paste content. Magazine Concrete Research. v. 16, n. 46, p. 21-30, 1964.
21. RUTLEDGE, S. E.; NEVILLE, A. M. Influence of cement paste content on creep of lightweight aggregate concrete. Magazine Concrete Research. v. 18, n. 55, p. 69-74, 1966.
22. NEVILLE, A. M. Creep of concrete: plain, and prestressed. Amsterdam: North-Holland, 1970.

CONCRETE AND MORTAR CREEP: WORK OF ART



ABSTRACT


The objective of this work was to present, in a brief literature review, the state of the art of creep in mortars and concretes, a viscoelastic property from hard paste cement and main related with removal adsorbed water. Hence, there are others causes which origin creep, beyond humidity motion. The non-linearity stress-strain ratio concrete show the microcracks contribution of the transition zone for creep, associated with materials and civil engineering. Technique formation of a controlled microstructure pointed out promising alternative for understanding the creep mechanism. The accomplished bibliographical study emphasized the main parameters involved in the creep property, in way to incentive the development of new researches in an important class of materials, which unfortunately, no attention has been receiving on the part of the scientific community.


Key-words: Mortar, Concrete, Properties, Creep.

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