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União Europeia – Fundos Estruturais Governo da República Portuguesa

PROJETOS DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO

RELATÓRIO REFERENTE AO PROJETO PTDC/ECM/099250/2008

“Comportamento em serviço de estruturas de betão: uma abordagem multi-física das tensões

auto-induzidas”

Arrefecimento por evaporação em materiais cimentícios:

Estudos experimentais paramétricos

Autores:

Miguel Azenha

Margarida Vieira

Konstantin Kovler

Rui Faria

Guimarães, UM, 2013

2

Índice

1. Introdução ................................................................................................................. 3

2. Programa experimental ........................................................................................... 5

2.1. Estratégia e procedimento experimental ........................................................................ 5

2.2 Avaliação perda de peso................................................................................................. 6

2.2 Avaliação da variação de temperatura interna ............................................................... 7

2.3 Avaliação de variações de comprimento........................................................................ 8

3. Resultados e discussão ........................................................................................... 10

3.1 Perda de peso................................................................................................................ 10

3.2 Temperatura interna e superficial................................................................................. 11

3.3 Extensões monitorizadas .............................................................................................. 15

4. Notas finais .............................................................................................................. 18

5. Referências .............................................................................................................. 19

3

1. INTRODUÇÃO

O fenómeno de arrefecimento por evaporação está relacionado com a entalpia de mudança de fase do

líquido que evapora. De facto, para que ocorra a mudança de fase de um líquido para gás, ocorre uma

remoção de energia da superfície a partir do qual evapora. Esta é uma situação bem conhecida da

sociedade em geral, sendo particularmente intuitivos os dois exemplos que se seguem:

A sensação de frio que resulta da saída de uma piscina, devida à evaporação da água que

cobre o corpo. Esta sensação é intensificada com o vento, dado o aumento da velocidade de

evaporação, que consequentemente aumenta a energia removida da superfície do corpo. É

também do senso comum que a passagem duma toalha pelo corpo elimina a sensação de frio

mencionada.

O ambiente fresco que se faz sentir no Verão sob as árvores, com temperaturas bastante

inferiores às que se registam em zonas sombreadas por palas. A razão reside no facto da

árvore, para além de projetar sombra, ter uma superfície de evaporação bastante alargada

proporcionada pelas suas folhas. A energia removida das folhas por evaporação causa

abaixamentos de temperatura das mesmas, que de forma cumulativa resultam em

abaixamentos de temperatura significativos sob as árvores.

Como é natural, os processos de arrefecimento por evaporação acontecem também nas estruturas de

betão, tendo particular incidência no instante em que são removidas as cofragens, uma vez que ocorre

uma súbita evaporação associada à saturação do betão com água nesta fase. Esta súbita evaporação

causa também uma remoção de energia superficial que conduz por sua vez ao abaixamento da

temperatura superficial do betão. Num estudo pioneiro realizado por Konstantin Kovler (Shock of

evaporative cooling of concrete in hot dry climates, 1995), foi demonstrado que este tipo de

arrefecimento pode não ser negligenciável em climas quentes e secos. De facto, o súbito

arrefecimento da zona superficial do betão, conduz a que o mesmo fique tracionado dada a

compatibilidade com zonas mais profundas do material. Em casos de grande arrefecimento, as trações

podem atingir a resistência à tração do betão e originar fissuração. Esta problemática adquire portanto

relevância estrutural. Apesar do arrefecimento por evaporação ser uma realidade em todas as

estruturas de betão, a realidade é que só em condições muito particulares pode conduzir a fissuração

do betão (p.ex. climas desérticos). No entanto, não existem estudos praticamente nenhuns que

permitam compreender e prever as tensões residuais associadas ao arrefecimento por evaporação de

forma abrangente. Com efeito, para além do trabalho de Kovler acima assinalado, apenas se

encontraram mais duas referências bibliográficas que lidam diretamente com o tema: (i) os trabalhos

de Anton Schindler (Concrete hydration, temperature development, and setting at early-ages, 2002),

em que o modelo numérico utilizado contabiliza a entalpia de evaporação da água na análise multi-

física do comportamento do betão; (ii) os trabalhos de Azenha et al (Drying Induced Moisture Losses

from Mortar to the Environment. Part I: Experimental Research, 2007), com trabalho experimental em

argamassa e simulações numéricas exploratórias do efeito do arrefecimento superficial sobre o betão.

Nos trabalhos reportados não houve lugar a programas experimentais sistemáticos que permitissem

comprovar/compreender o comportamento do arrefecimento por evaporação em provetes de betão

com várias dimensões, e sujeitos a condições de exposição distintas (temperatura, humidade, idade de

exposição). Com o presente trabalho pretende-se dar uma contribuição original para esta temática

pouco investigada, ajudando a compreender as situações em que o fenómeno de arrefecimento por

evaporação pode ser mais relevante e contribuindo para a antecipação de cenários de fissuração ou de

geração de tensões residuais relevantes.

4

Refira-se adicionalmente a participação do Prof. Konstantin Kovler neste trabalho, tendo apoiado a

discussão sobre a relevância dos cenários em estudo no que diz respeito a dimensões de provetes,

procedimento experimental e condições ambientais em estudo.

5

2. PROGRAMA EXPERIMENTAL

2.1. Estratégia e procedimento experimental

O programa experimental delineado visou a avaliação dos efeitos sobre o arrefecimento por

evaporação nas primeiras idades de: (i) da dimensão do elemento; (ii) condição ambiental em termos

de temperatura e humidade; (iii) idade à qual a cofragem do provete é removida. Em termos de

composição do betão, não foram feitas variantes, tendo-se apenas selecionado uma composição com

dimensão máxima do agregado reduzida (8mm) para permitir também a realização de provetes de

reduzidas dimensões.

No que diz respeito a dimensões de provetes, foram utilizados provetes cilíndricos para tirar proveito

da axi-simetria da secagem, com diâmetros de 4cm, 10cm, 15cm e 30cm. Todos os provetes

cilíndricos tinham a mesma altura total de 25cm, com exceção para os provetes destinados a medição

de variações volumétricas com comprimentos da ordem de 100cm. Os provetes foram mantidos em

condições de total isolamento à evaporação durante um período pré-determinado, sendo então

removida a selagem lateral, mas mantida a selagem nos topos com película plástica aderente. As

dimensões e condições de selagem adotadas para os provetes conduzem a espessuras equivalentes

(h0=2×Ac/u -> ver EN1992-1) de 2cm, 5cm, 7.5cm e 15cm respetivamente para os provetes de

diâmetro 4cm, 10cm, 15cm e 30cm. Apesar de estas serem espessuras equivalentes relativamente

baixas, foram assim escolhidas por duas razões principais: (a) restrições logísticas a nível laboratorial;

(ii) pretende-se demonstrar casos com arrefecimento por evaporação significativo, sabendo-se que

assim o será em peças de reduzida dimensão (dada a menor inércia térmica do betão do núcleo da

peça).

No que diz respeito a condições ambientais para estudo dos efeitos do arrefecimento por evaporação,

e dada a disponibilidade de duas câmaras climáticas para o efeito, decidiu-se estudar um ambiente

com temperatura e humidade considerada representativa para Portugal, com T=20ºC e HR=60%, bem

como um ambiente fortemente quente e seco para avaliação do arrefecimento em condições

consideradas extremas: T=35ºC e HR=30%.

Em relação à idade à qual a selagem lateral do provete é removida, estudaram-se 3 idades

consideradas representativas para elementos verticais e horizontais de betão armado. A idade mais

jovem é de 1 dia, em correspondência com a realidade frequentemente observada em elementos

verticais como pilares/paredes. Considerou-se também a possibilidade de remoção da cofragem aos 3

dias e aos 7 dias de idade. Não foram consideradas remoções mais tardias da cofragem dada a redução

progressiva dos efeitos de arrefecimento por evaporação à medida que aumenta a idade da peça (mais

tempo para auto-dessecação e rede porosa mais fechada, diminuindo a intensidade da evaporação).

Para a avaliação da intensidade do arrefecimento por evaporação e das suas consequências estruturais,

optou-se pela monitorização de: (i) perda de massa dos provetes; (ii) abaixamento de temperatura dos

provetes (iii) redução global de comprimento do provete. Repare-se que as três grandezas medidas

poderão ser correlacionáveis no contexto do arrefecimento por evaporação, apoiando a análise crítica

dos resultados e diligências de simulação numérica para validação.

Tendo em conta a impraticabilidade logística ao nível laboratorial de realizar todas as combinações

possíveis das várias variáveis identificadas, optou-se por apenas realizar os provetes de maior

diâmetro (15cm e 30cm) para os ensaios de monitorização do abaixamento de temperatura. No

entanto, em termos de idades de exposição à evaporação, foram feitos estudos para todas as idades em

todos os provetes. Recorde-se que o estudo de uma idade de exposição adicional causa a necessidade

6

de um provete de estudo adicional. O resumo dos ambientes estudados, dimensões de provetes e

técnicas experimentais aplicadas encontra-se explanado na Tabela 1.

Tabela 1 - Dimensão dos provetes e técnicas experimentais para os ambientes em estudo

Perda de massa.

Ambiente

T=20ºC e HR= 60% e

T=35ºC e HR=30%

Dimensão

h=25cm e d=4cm

h=25cm e d=10cm

Variação de

comprimento

Ambiente

T=20ºC e HR= 60% e

T=35ºC e HR=30%

Dimensão

h=100cm e d=4cm

h=100cm e d=10cm

Temperatura

Ambiente

T=20ºC e HR= 60% e

T=35ºC e HR=30%

Dimensão

h=25cm e d=4cm

h=25cm e d=10cm

h=25cm e d=15cm

h=25cm e d=30cm

A composição do micro-betão utilizado neste programa experimental está indicada na Tabela 2, onde

se pode constatar que a relação água cimento é de a/c=0.5. Esta elevada relação água cimento foi

escolhida como representativa de betões com evaporações iniciais de secagem significativas.

Todos os provetes foram betonados nas mesmas condições de temperatura e humidade, tendo

permanecido em condições seladas e na temperatura de ensaio (câmara climática) até à idade de

exposição à evaporação, em que lhes era removida a cofragem lateral e seladas as faces de topo.

Tabela 2- Composição usada nos provetes

Material Dosagens por m3 de Betão

Cimento 500 Kg

Areia fina (0-4) 713,9 Kg

Areia grossa (4-8) 761,9 Kg

SP 10 Kg

Agua 248 Kg

2.2 Avaliação perda de peso

Os provetes destinados à avaliação da perda de peso foram pesados com recurso a balanças com

precisão de 0.01g nos provetes ensaiados: 4 e 10cm de diâmetro. Recorde-se que a perda de peso não

foi avaliada para os provetes de 15 e 30 cm de diâmetro por razões logísticas. Nos provetes estudados

foram consideradas as idades de exposição de 1, 3 e 7 dias.

7

Todas os provetes foram pesados imediatamente após a remoção da selagem, e re-avaliados em

intervalos regulares, selecionados de acordo com os gradientes observados de perda de peso.

Sempre que possível, o registo da variação de peso era efetuado dentro da própria câmara climática,

com colocação permanente do provete sobre a balança – ver Figura 1 para o caso dos provetes de

menores dimensões. Este procedimento eliminou as perturbações associadas à movimentação dos

provetes para fora da câmara climática.

Em paralelo com as medições de perda de peso dos provetes, foram também efetuadas medições da

perda de água a partir de uma pequena tina de água, monitorizando-se a massa evaporada por unidade

de superfície. Este procedimento permitiu captar o potencial de evaporação de água de cada ambiente

em estudo.

a) b)

Figura 1 - Imagem da balança com os provetes de 4 cm e 10 cm, respectivamente a) e b)

2.2 Avaliação da variação de temperatura interna

A avaliação da temperatura no interior dos provetes foi feita com recurso a termopares do tipo K,

colocados na vizinhança da secção intermédia dos provetes a duas profundidades distintas: (i) a 0.5cm

da superfície do provete para registar o arrefecimento próximo da superfície; (ii) no centro geométrico

do provete para registar os efeitos globais do arrefecimento por evaporação. As medições no centro

geométrico do provete corresponderam respetivamente a profundidades de 2cm, 5cm, 7.5cm e 15cm

respetivamente para os provetes de diâmetro 4cm, 10cm, 15cm e 30cm.

Por razões de ordem prática não foi possível realizar todas as idades de exposição para todas as

dimensões de provetes. Na Tabela 3 são resumidos os instantes de remoção de selagem estudados

para cada provete no contexto da monitorização interna de temperaturas.

8

Tabela 3 – Dimensão dos provetes, idades de exposição, ambientes em estudo e pontos de

monitorização para os ensaios de avaliação das reduções internas de temperatura.

Ambiente Geometria do provete

Distancia dos

termopares à

superfície de secagem

Idade de

exposição

T=35⁰C e HR=30%

d=4cm e h=25 cm 0,5 cm e 2 cm 1,3 e 7

d=10cm e h=25 cm 0,5cm e 5 cm 1 e 7

d=15cm e h=25 cm 0,5cm e 7,5 cm 1

d=30cm e h=25 cm 0,5cm, 7,5cm e 15 cm 1

T=20⁰C e HR=60% d=4cm e h=25 cm 0,5 cm e 2 cm 1,3 e 7

d=10cm e h=25 cm 0,5cm e 5 cm 1,e 7

Por observação da Tabela 3 pode constatar-se que nos provetes de 4cm de diâmetro foram avaliadas

todas as datas de remoção de selagem em estudo (1, 3 e 7 dias). Para os provetes maiores foram sendo

selecionadas menos datas de remoção de selagem, mantendo-se a principal incidência nas idades mais

jovens, para as quais os efeitos de arrefecimento por evaporação serão mais intensos. Indica-se

também que no caso do provete de 30cm de diâmetro, para além da medição superficial (a 0.5cm de

profundidade) e no centro geométrico da peça (a 15cm de profundidade), foi também estudada uma

profundidade intermédia de 7.5cm para melhor compreender o perfil de temperaturas. Indica-se

também que os provetes de maior dimensão (diâmetro 15cm e 30cm) apenas foram estudados no

ambiente de maior temperatura e menor humidade (T=35ºC; HR=30%).

Dado que as variações de temperatura expectáveis em alguns dos provetes eram relativamente

reduzidas (iguais ou inferiores a 5ºC), efetuou-se um procedimento de calibração dos termporares

previamente aos ensaios para assegurar melhor acuidade dos resultados. O processo de calibração

consistiu em sujeição dos termopares a ambiente a 0ºC de temperatura para avaliação de desvios e sua

correspondente correção. Na Figura 2 pode ser observado um dos procedimentos de calibração

encetados no contexto deste trabalho.

Figura 2 – Calibração dos termopares.

2.3 Avaliação de variações de comprimento

O arrefecimento do betão associado à evaporação acarreta contrações térmicas. Uma vez que a

distribuição de temperaturas não é uniforme na peça aquando do arrefecimento por evaporação

(temperaturas mais baixas na superfície do que no interior), geram-se tensões internas associadas à

9

compatibilização das extensões. Naturalmente, a contração dos provetes estudados neste trabalho será

o resultado das deformações compatibilizadas das várias zonas da secção transversal. A medição da

deformação longitudinal do provete pode revelar-se de bastante utilidade na validação de modelos de

simulação higro-mecânica que contemplem o efeito do arrefecimento por evaporação.

A medição da deformação longitudinal dos provetes foi efetuada com recurso à fixação exterior de

comparadores mecânicos com medição baseada em microscopia ótica. Os provetes em estudo tinham

100cm de comprimento, sendo que as inserções para fixação do sistema de medição distavam entre si

de 80cm. Na Figura 3 pode observar-se um detalhe da ligação do sistema de medição ao provete.

Figura 3 – Pormenor da fixação do comparador mecânico ao provete

Os provetes, idades de exposição e ambientes estudados no contexto da medição de deformação estão

resumidos na Tabela 4.

Tabela 4 – Provetes para os quais foi avaliada a extensão

T (⁰C) HR(%) Dimensão da cofragem Idade de exposição (dias)

20 60 h=100cm d=4 cm

(5i) h=100cm d=10 cm

(10i) 1,3 e 7

35 30 h=100cm d=4 cm

(5ii) h=100cm d=10 cm

(10ii) 1 e 7

10

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 Perda de peso

Os resultados da perda em peso dos vários provetes estudados estão representados nas Figuras 04 a

07. Pode constatar-se de forma consistente os seguintes factos:

Em todos os casos, a perda de massa inicial dos provetes coincide com os valores

correspondentes à superfície de água. Isto demonstra que a evaporação inicial corresponde à

saturação superficial do betão.

A partir de um certo período tm após a exposição à secagem, a velocidade de perda de massa

começa a reduzir-se, em correspondência com o início da evaporação controlada por difusão.

O valor de tm é consistentemente mais curto à medida que aumenta o dia ao qual é removida a

cofragem. Há também uma clara diferença no instante tm entre os dois ambientes estudados,

com menores valores de tm para o ambiente mais propício à evaporação (T=35ºC; HR=30%).

Num mesmo ambiente, à medida que aumenta a idade de exposição, diminui a perda em

massa do correspondente provete.

A perda de massa nos provetes de 10cm de diâmetro é superior à perda dos provetes

homólogos de 4cm de diâmetro. Esta tendência era expectável, à luz da proporcionalidade

entre os correspondentes perímetros expostos (relação de 2.5 vezes). A relação de 2.5 vezes

no que diz respeito às perdas de peso é confirmada no ambiente de T=20ºC, mas não é

confirmada no ambiente de T=35ºC.

Os valores de perda de massa aos 3 e 7 dias são mais semelhantes entre si, do que em relação

à exposição à idade de 1 dia.

Figura 4 - Perda de peso para ambiente T=35⁰C e HR=30% para provete de d=4 cm

Figura 5 – Perda de peso para ambiente T=35⁰C e HR=30% para provete de d=10 cm

0

2

4

6

8

10

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

Pe

rda

de

pe

so (

g)

Tempo após exposição (horas)

Ambiente T=35⁰C e HR=30%

1 dia 3 dias 7 dias Água

0

4

8

12

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Pe

rda

de

pe

so (

g)


Ambiente T=35⁰C e HR=30%

1 dia 3 dias 7 dias Água

11



3.2 Temperatura interna e superficial

As temperaturas monitorizadas nos provetes em estudo estão representadas nas Figuras 13 a 19. Da

análise dos resultados é possível tirar várias ilações:

Os maiores arrefecimentos por evaporação ocorrem nos provetes mais pequenos (4cm de

diâmetro), quando sujeitos ao ambiente com maior potencial de evaporação: T=35ºC e

HR=30%. Com efeito, a temperatura a 0.5cm da superfície do provete de 4cm de diâmetro

reduziu-se de 35ºC para 26.9ºC em cerca de 1.3h quando o provete foi exposto à secagem

com apenas 1 dia de idade. Trata-se de uma redução bastante drástica de 8.1ºC num

curtíssimo espaço de tempo (menos de 80 minutos).

Atentando apenas na exposição a T=35ºC ao primeiro dia de idade, verifica-se que o provete

de 4cm sobre redução de temperatura superficial até 26.9ºC em oposição ao provete de 10cm

que vê a temperatura superficial reduzida até 29.9ºC e o provete de 35ºC tem apenas redução

até 31.7ºC. De facto, o arrefecimento superficial diminui com o aumento do tamanho do

provete devido ao facto da fonte de arrefecimento se localizar exclusivamente na superfície, e

haver propagação de calor a partir do interior do provete que está mais quente do que a

superfície. Esta inércia térmica reduz os efeitos globais do arrefecimento por evaporação.

Para todas as situações analisadas, à medida que aumenta a idade à qual o provete é exposto,

diminui de forma consistente a queda de temperatura superficial e interior. Esta tendência foi

verificada em todos os casos de análise exceto para a exposição do provete de 10cm a T=35ºC

aos 7 dias de idade, representado na Figura 13. Considera-se que poderá ter acontecido um

problema experimental neste caso em específico, dada a ausência de outra explicação

plausível.

0

2

4

6

8

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

Pe

rda

de

pe

so (

g)


Ambiente T=20 ⁰C e HR=60%

dia 1 dia 3 dia 7 Água

0

4

8

12

16

20

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Pe

rda

de

pe

so (

g)


Ambiente T=20 ⁰C e HR=60

dia 1 dia 3 dia 7 Água

12

De uma forma geral, o instante em que é atingido o valor da temperatura mínima superficial

diminui à medida que aumenta a idade de exposição á secagem. Constata-se também um

aumento consistente deste instante em correspondência com o aumento da dimensão do

provete. Nas experiências realizadas, este valor teve o valor máximo de 4.5 horas (ver Figura

14 correspondente ao provete de 30cm sujeito a T=35ºC e exposto a 1 dia de idade) e o valor

mínimo de ~20 minutos (ver Figura 17 correspondente ao provete de 4cm sujeito a T=20ºC e

exposto aos 7 dias de idade).

A duração do período durante o qual se faz sentir o arrefecimento por evaporação é bastante

curta. Com efeito, em praticamente todos os ensaios efetuados se verificou que ao final de 12

horas a peça em estudo já tinha regressado ao equilíbrio térmico com o ambiente circundante.

É também de registar a existência de vários casos em que o regresso ao equilíbrio térmico

ocorreu em períodos da ordem de grandeza de 3-6 horas.

Em todos os provetes estudados, os gradientes térmicos entre o interior e as zonas próximas

da superfície no instante de temperatura mínima são sempre extremamente baixos, cifrando-

se sempre abaixo de 1ºC independentemente da idade de exposição e do ambiente

circundante. Estas medições são indiciadoras de baixos níveis de restrição interna à

deformação ao nível da secção transversal, logo também causando baixas tensões. Há no

entanto que ter em conta que em casos de aplicação real, pode haver condições de restrição

externa à deformação que impeçam as deformações térmicas associadas ao arrefecimento por

evaporação, levando portanto à geração de tensões internas relevantes.

As variações de temperatura registadas no ambiente T=20ºC;HR=60% são bastante inferiores

às verificadas no caso do ambiente T=35ºC; HR=30%. De facto, tomando o exemplo do

provete de 4cm de diâmetro exposto ao 1º dia de idade, verifica-se uma diminuição de

temperatura de 2.7ºC apenas para T=20ºC, quando comparado com os 8.1ºC de diminuição

registados para T=35ºC. Por outro lado, para exposição aos 7 dias de idade nos provetes de

4cm, verifica-se que para T=35ºC a diminuição de temperatura é de 1.6ºC em oposição a

1.2ºC verificados para T=20ºC. De uma forma geral confirmou-se que nos ambientes típicos

em Portugal/Europa, os efeitos do arrefecimento por evaporação poderão ser baixos a

negligenciáveis, em oposição ao que ocorrerá em ambientes quentes e secos (p.ex. climas

desérticos).

Figura 8 - Temperaturas medidas no provete com d=4cm , para ambiente T=35⁰C e HR=30% e

exposição a 1 dia de idade

Figura 9 - Temperaturas medidas, no provete com d=4cm para ambiente T=35⁰C e HR=30% e

26

27.5

29

30.5

32

33.5

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tem

pe

ratu

ra (⁰

C)

Tempo (horas)

0.5 cm da superficie de secagem

2 cm da superficie de secagem

2929.5

3030.5

3131.5

3232.5

3333.5

3434.5

35

0 1 2 3 4 5 6

Tem

pe

ratu

ra (

⁰C)

Tempo (horas)

2cm da superficie de secagem

0.5cm da superficie de secagem

13

exposição ao 3º dia de idade

Figura 10 - Temperaturas medidas, no provete com d=4cm, para ambiente T=35⁰C e HR=30% e


Figura 11 - Temperaturas medidas, no provete d=10cm para ambiente T=35⁰C e HR=30% e




Figura 13 - Temperaturas medidas, no provete com d=10cm para ambiente T=35⁰C e HR=30% e

32

32.5

33

33.5

34

34.5

35

0 1 2 3

Tem

pe

ratu

ra (⁰

C)

Tempo (horas)

5 cm da superficie de secgem


29

30

31

32

33

34

35

0 1.5 3 4.5 6 7.5 9



34

34.2

34.4

34.6

34.8

35

0.00 1.00 2.00 3.00



30

31

32

33

34

35

0 1 2 3 4 5 6

Tem

pe

ratu

ra (

⁰C)

Tempo (horas)



14




Figura 15 - Temperaturas medidas no provete com d=4cm , para ambiente T=20⁰C e HR=60% e


Figura 16 - Temperaturas medidas no provete d=4cm , para ambiente T=20⁰C e HR=60% e


31

32

33

34

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Tem

pe

ratu

ra (

⁰)

Tempo (horas)




17

17.5

18

18.5

19

19.5

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tem

pe

ratu

ra (

⁰C)

Tempo (horas)

0.5cm da superficie de secagem


17.5

18

18.5

19

19.5

20

0 1 2 3 4 5

Tem

pe

ratu

ra (⁰

C)

Tempo (horas)



15

Figura 17 - Temperaturas medidas no provete d=4cm, para ambiente T=20⁰C e HR=60% e exposição

ao 7º dia de idade

Figura 18 - Temperaturas medidas no provete d=10 cm , para ambiente T=20⁰C e HR=60% e


Figura 19 - Temperaturas medidas no provete d=10cm , para ambiente T=20⁰C e HR=60% e


3.3 Extensões monitorizadas

Os resultados dos ensaios estão representados nas Figuras 20 a 23 os quais reproduzem as evoluções

da extensão monitorizada nas amostras. É necessário ter em conta que as extensões monitorizadas

contemplam o efeito combinado das deformações térmicas e da retração de secagem, pelo que é difícil

fazer comparações sem recurso a apoio de simulação numérica. Com efeito, seria necessária uma

forma eficaz de separar os dois tipos de deformação (origem térmica e origem na retração de

secagem) para poder analisar de forma cuidada cada uma delas.

No entanto, pode constatar-se que as extensões verificadas diminuem com o aumento da idade de

exposição em todos os casos. Isto deve-se ao efeito combinado da redução do efeito de arrefecimento

18.5

19

19.5

20

0 1 2 3

Tem

pe

ratu

ra (⁰

C)

Tempo (horas)



17

18

19

20

0 2 4 6 8 10 12 14

Tem

pe

ratu

ra (⁰

C)

Tempo (horas)


19.2

19.4

19.6

19.8

20

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Tem

pe

ratu

ra (

⁰C)

Tempo (horas)



16

por evaporação com o aumento da densidade da rede porosa que diminui a perda de água (logo a

diminui também a retração de secagem).

Observa-se também que o aumento do diâmetro do provete leva a diminuição das extensões medidas.

Este efeito é essencialmente motivado pela maior espessura equivalente dos provetes de maior

diâmetro, o que diminui a velocidade das deformações de retração de secagem.

Naturalmente, no ambiente T=20ºC;RH=60%, as extensões de encurtamento térmico e de retração são

mais baixas do que as verificadas com T=35ºC;RH=30%. Isto deve-se ao potencial distinto de

evaporação dos dois tipos de ambiente.

Figura 20 – Retração no provete com d=4cm, para ambiente T=35⁰C e HR=30% para exposições aos

1,3 e 7 dias de idade

Figura 21 – Retração no provete com d=10cm, para ambiente T=35⁰C e HR=30% para exposições

aos 1 e 7 dias de idade

Figura 22 – Retração no provete d=4cm, para ambiente T=20⁰C e HR=60% pare exposições aos 1,3

e 7 dias de idade

-250

-200

-150

-100

-50

0

0.0 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0

Exte

nsã

o (

mic

ro-s

trai

n)

Tempo (horas)

1 dia de idade 3 dia idade 7 dia de idade

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 1.5 3 4.5 6 7.5 9

Exte

nsã

o (

mic

ro-s

trai

n)

Tempo (horas)

1 dia de idade 7 dia de idade

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 2 4 6 8 10 12

Exte

nsã

o (

mic

ro-s

trai

n)

Tempo (horas)

1 dia de idade 3 dia de idade 7 dia idade

17

Figura 23 - Retração no provete d=10cm, para ambiente T=20⁰C e HR=60% para exposições a 1 e 7

dias de idade

-40

-30

-20

-10

0

0 1.5 3 4.5 6 7.5 9

ext

en

saão

(m

icro

-str

ain

)

Tempo (horas) 1 dia de idade 7 dia de idade

18

4. NOTAS FINAIS

No presente relatório foram explanados e analisados os resultados dum programa experimental

alargado orientado para a compreensão dos fenómenos de arrefecimento por evaporação no betão,

bem como das suas consequências termo-mecânicas. O programa incluiu a análise paramétrica dos

efeitos da dimensão do provete, da idade de exposição à secagem, e do ambiente circundante (em

termos de temperatura e humidade). Foram efetuadas medições de perda de massa, temperatura

interior/superficial e encurtamento aquando da exposição à secagem. Os resultados obtidos são

coerentes com o expectável em face dos fenómenos envolvidos.

Com o presente relatório ficam lançadas as bases para validação de modelos de simulação numérica

do arrefecimento por evaporação com recurso a metodologias multi-físicas para análises termo-higro-

mecânicas. Com esse tipo de análises validadas, será possível quantificar o nível de tensões associado

aos fenómenos de arrefecimento por evaporação e avaliar a sua importância em casos concretos de

aplicação in-situ.

19

5. REFERÊNCIAS

Azenha, M., Maekawa, K., Ishida, T., & Faria, R. (2007). Drying Induced Moisture Losses from

Mortar to the Environment. Part I: Experimental Research. Materials and Structures, 40, 801-

811. Kovler, K. (1995). Shock of evaporative cooling of concrete in hot dry climates. Concrete

International, 17(10).

Schindler, A. (2002). Concrete hydration, temperature development, and setting at early-ages. PhD

Thesis. University of Texas at Austin.

arrefecimento por evaporação em materiais cimentícios ...selco/wp-content/uploads/2014/02/... ·...

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