influência da temperatura de secagem na avaliação do desempenho do betão
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Influência Da Temperatura de Secagem Na Avaliação Do Desempenho Do BetãoTRANSCRIPT
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BE2010 Encontro Nacional Beto Estrutural Lisboa 10, 11 e 12 de Novembro de 2010
Influncia da temperatura de secagem na avaliao do
desempenho do beto
Aires Cames
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RESUMO
Em determinados ensaios, nomeadamente para aferio de alguns indicadores de durabilidade do
beto, o condicionamento de provetes exige a sua secagem em estufa a uma temperatura
predeterminada, por um perodo de tempo suficiente para os provetes atingirem uma condio de
massa constante. A temperatura de secagem, apesar de ser um dos parmetros prescritos e a satisfazer
na norma ou especificao de ensaio, difere de ensaio para ensaio. Mais ainda, por vezes, na execuo
dos ensaios frequente o recurso a temperaturas de secagem elevadas de forma a atingir mais
rapidamente a condio de massa constante. Neste contexto, pretende-se, com este trabalho, avaliar a
influncia do procedimento de condicionamento nos resultados dos ensaios, devido, essencialmente,
variao da temperatura de secagem dos provetes. Para tal, utilizaram-se as seguintes temperaturas de
secagem: 40 5C; 75 5C; e 105 5C. Estas temperaturas foram adoptadas para a secagem de
diferentes provetes de beto que foram posteriormente submetidos aos seguintes ensaios: absoro de
gua por imerso (ensaio presso atmosfrica e no vcuo); absoro de gua por capilaridade;
permeabilidade ao oxignio e gua; e profundidade de penetrao de gua sob presso. Com base
nos resultados obtidos possvel concluir que um aumento da temperatura de secagem altera
significativamente os resultados dos indicadores de durabilidade determinados.
PALAVRAS-CHAVE
Condicionamento; temperatura; secagem; porosidade; indicadores de durabilidade.
1 Universidade do Minho, Departamento de Engenharia Civil, 4800-058 Guimares, Portugal. [email protected]
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Influncia da temperatura de secagem na avaliao do desempenho do beto
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1. INTRODUO
A quantidade de gua contida nos poros do beto e a sua distribuio espacial podem influenciar
significativamente o desempenho em obra e, tambm, afectar os resultados laboratoriais resultantes
do ensaio de provetes [1-4]. A permeabilidade aos gases e a cintica de absoro de gua por imerso
so particularmente sensveis ao teor de humidade dos provetes na altura dos ensaios [1] devido ao
efeito de bloqueio dos poros associado ao grau de saturao do beto [2]. Este bloqueio resultado da
presena de gua nos poros, quer sob a forma lquida, quer sob a forma de vapor [2,3].
Esta dependncia do teor em gua pode facilmente ser minimizada. Assim, para obviar este aspecto,
em geral, procede-se secagem dos provetes antes de os submeter a ensaio. medida que o beto
seca, a gua presente nos poros transforma-se em vapor de gua e evapora devido ao gradiente de
presso associado ao vapor de gua. A humidade relativa interna superior externa (meio
envolvente) e o vapor de gua move-se e atravessa a superfcie de forma a originar um estado de
humidade em equilbrio com o meio ambiente exterior.
Como a secagem em condies prximas das ambientais praticamente invivel (so precisos vrios
meses para secar um provete de beto com apenas alguns centmetros de espessura num ambiente com
55 a 60% de humidade relativa e uma temperatura de 20C e obter um estado de humidade de
equilbrio [1]; e vrios anos se a espessura do elemento de beto for de 20 cm [5]) prtica corrente
recorrer-se secagem dos provetes em estufa. As normas e especificaes de ensaio preconizam o
condicionamento dos provetes e exigem a sua secagem em estufa a uma temperatura predeterminada.
Contudo, apesar da secagem em estufa reduzir significativamente o tempo necessrio ao
condicionamento, as temperaturas elevadas a que os provetes so submetidos podem originar uma
secagem severa do gel de cimento, afectando irremediavelmente a microestructura do material
cimentcio e aumentando a sua porosidade e permeabilidade [1].
Bahador e Jong [2] avaliaram o efeito da temperatura de pr-condicionamento dos provetes de beto
em ensaios acelerados e concluram que submeter os provetes a uma temperatura de secagem de 40C
danifica a estrutura porosa do beto, principalmente superfcie. Segundo os mesmos autores, a
secagem dos provetes a uma temperatura de 105C provoca um aumento do dimetro mdio dos poros
para cerca do triplo e tambm aumenta a conectividade entre poros.
A temperatura de secagem, apesar de ser um dos parmetros prescritos nas normas ou especificaes
de determinados ensaio, difere de ensaio para ensaio. Mais ainda, por vezes, na execuo dos ensaios
prtica laboratorial corrente o recurso a temperaturas de secagem mais elevadas de forma a atingir
mais rapidamente a condio de massa constante.
Neste contexto, pretendeu-se, com este trabalho, avaliar a influncia do procedimento de
condicionamento nos resultados dos ensaios, designadamente a variao da temperatura de secagem
dos provetes. Para tal, procedeu-se ao ensaio de diferentes provetes de beto sujeitos a temperaturas
de secagem distintas: 40 5C; 75 5C; e 105 5C. Os provetes foram submetidos aos seguintes
ensaios: determinao da variao do teor de humidade ao longo do processo de secagem; absoro
de gua por imerso (ensaio presso atmosfrica e no vcuo); absoro de gua por capilaridade;
permeabilidade ao oxignio e gua; e penetrao de gua sob presso.
2. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS DE ENSAIO
Recorrendo a um cimento CEM I 42.5R, a uma areia de rio e a uma brita grantica, foi fabricado um
beto com cerca de 50 mm de abaixamento no cone de Abrams e com a composio expressa no
Quadro 1.
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Quadro 1. Composio do beto.
Material Dosagem
[kg/m3]
Cimento 350
Areia 729
Brita 1123
gua 192.5
Deste beto foram extradas amostras de modo a permitir determinar em provetes secos temperatura
de 40C, 75C e 105C: i) a evoluo do teor de humidade com o tempo ao longo do processo de
secagem; ii) a absoro de gua por imerso presso atmosfrica; iii) a absoro de gua por
imerso sob vcuo; iv) a absoro de gua por capilaridade; v) a permeabilidade ao oxignio; vi) a
permeabilidade gua; e vii) a penetrao de gua sob presso.
Aps a desmoldagem, efectuada no dia seguinte ao da betonagem, todos os provetes foram
conservados imersos em gua a uma temperatura de cerca de 20C durante 7 dias. Seguidamente,
procedeu-se operao de secagem dos provetes, que foi efectuada em estufa ventilada. Aps o
perodo de secagem os provetes foram mantidos durante um dia a cerca de 20C num exsicador de
modo a serem ensaiados temperatura ambiente.
Para todos os ensaios realizados, cada resultado apresentado corresponde ao valor mdio respeitante
ao ensaio de trs provetes distintos.
Foram, tambm, realizados ensaios de resistncia compresso do beto produzido com base no
disposto na NP EN 12390-3 [6]. Os ensaios foram realizados em provetes cbicos de 100 mm de
aresta (conservados imersos em gua a 20C) aos 7 e aos 28 dias de idade (3 por idade) obtendo-se os
resultados constantes do Quadro 2.
Quadro 2. Resistncia mdia compresso (fcm) do beto e respectivo coeficiente de variao ().
Idade
[dias]
fcm
[MPa]
[%]
7 29.1 5.8
28 34.5 8.5
2.1 Teor em gua
A determinao da variao do teor em gua do beto ao longo do perodo de secagem foi efectuada
com recurso a provetes cbicos com 150 mm de aresta. A variao da humidade foi aferida
recorrendo a duas metodologias distintas: i) por intermdio de sucessivas pesagens dos provetes, ao
longo do processo de secagem; e ii) por utilizao de um higrmetro baseado na medio da
resistividade elctrica, com o qual se registou o teor de humidade em trs profundidades diferentes e,
tambm, em instantes distintos do processo de secagem (Figura 1). Para tal, foi necessrio preparar os
provetes, fazendo 4 furos com cerca de 8 mm de dimetro numa mesma face do cubo de 150 mm de
aresta. A profundidade desses 4 furos foi mantida constante por provete, tendo sido utilizados 3
provetes, cada qual com furos de 17 mm, 34 mm e 54 mm de profundidade, em consonncia com os
elctrodos utilizados, cuja conexo foi efectuada por intermdio do enchimento dos furos com pasta
de contacto antes da realizao das medies.
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Figura 1. Medio do teor de humidade de um provete de beto recorrendo a um higrmetro.
2.2 Absoro de gua por imerso presso atmosfrica
A porosidade aberta, medida por intermdio da quantidade de gua absorvida por imerso presso
atmosfrica, foi determinada com base na especificao LNEC E 394 [7] em provetes cbicos de
100 mm de aresta. De acordo com a especificao, os provetes devero ser secos a uma temperatura
de 105 5C numa estufa ventilada at atingir a condio de massa constante. Considerou-se atingida
esta condio quando a diferena entre as massas obtidas em duas pesagens consecutivas,
intervaladas de pelo menos 24 horas, foi inferior a 0.1% da mdia das duas leituras.
Para alm dos ensaios em provetes secos at atingirem a condio de massa constante referida, foram
tambm submetidos a ensaio provetes secos durante um perodo de tempo superior, perfazendo 32
dias em estufa.
2.3 Absoro de gua por imerso sob vcuo
A absoro de gua por imerso sob vcuo foi determinada com base no descrito na especificao
LNEC E 395 [8] em provetes com 50 mm de dimetro e 40 mm de espessura, sujeitos s mesmas
temperaturas de secagem. A especificao LNEC E 395 [8], semelhana da E 394 [7] obriga
secagem em estufa ventilada temperatura de 105 5C durante um perodo de tempo suficiente para
adquirirem massa constante.
2.4 Absoro de gua por capilaridade
A absoro de gua por capilaridade foi determinada com base na especificao LNEC E 393 [9] em
provetes cbicos com 100 mm de aresta. Foram submetidos a ensaio provetes previamente sujeitos s
diferentes temperaturas referidas anteriormente at atingirem massa constante. De acordo com a
especificao LNEC os provetes devero ser secos temperatura de 40C numa estufa ventilada
durante um perodo de 14 dias. Os ensaios decorreram ao longo de 3 dias.
2.5 Permeabilidade ao oxignio
O ensaio de permeabilidade ao oxignio foi feito com base no disposto na especificao LNEC E 392
[10]. Esta especificao prev a possibilidade de secar os provetes numa estufa ventilada a 105 5C
durante 7 dias, seguido de conservao durante 3 dias num exsicador a uma temperatura de 20C. A
permeabilidade ao oxignio foi avaliada por intermdio de ensaios, nos provetes com 50 mm de
dimetro e 40 mm de altura previamente testados absoro de gua por imerso no vcuo, utilizando
um permemetro desenvolvido na Universidade de Leeds [11]. Este equipamento permite que os
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provetes sejam submetidos a um fluxo em estado estacionrio que os atravessa a uma dada presso e
durante um determinado perodo de tempo.
2.6 Permeabilidade gua
Os mesmos provetes utilizados no ensaio de absoro de gua por imerso por vcuo foram,
posteriormente, sujeitos ao ensaio de permeabilidade ao oxignio e, seguidamente, ao ensaio de
permeabilidade gua. Este foi feito com base na especificao LNEC E 413 [12], que indica ser
necessrio garantir como condio de referncia de humidade dos provetes a sua conservao durante
2 dias a uma temperatura de 50 5C e 65 5% de humidade relativa, seguida de permanncia
durante 1 dia num exsicador a 20 2C.
2.7 Profundidade de penetrao de gua sob presso
A profundidade de penetrao de gua foi, tambm, aferida com base no ensaio preconizado pela
NP EN 12390-8 [13], mas submetendo a ensaio provetes secos com 150x150x150 mm3. A presso da
gua foi aumentada para 950 kPa e o tempo de ensaio foi reduzido para 20 horas devido, tambm,
maior permeabilidade dos provetes secos em comparao com os saturados, previstos na norma.
semelhana do ensaio de absoro de gua por imerso presso atmosfrica, foram ensaiados
provetes secos at atingirem a condio de massa constante e provetes secos durante um perodo de
tempo mais alargado, correspondente a uma permanncia em estufa de 32 dias.
3. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
3.1 Teor de humidade
A Figura 2 representa a perda de peso das amostras durante a secagem, sujeitas a diferentes
temperaturas (40, 75 e 105C).
92.0
93.0
94.0
95.0
96.0
97.0
98.0
99.0
100.0
0 5 10 15 20 25 30 35
Peso
da A
mo
stra
(%
)
Tempo (dias)
40C
75C
105C
Figura 2. Perda de peso durante a secagem (em % do peso saturado dos provetes).
Conforme se pode constatar por observao da Figura 2, a temperatura de secagem influencia
fortemente a perda de massa dos provetes: quanto maior a temperatura de secagem maior a perda de
massa verificada nos provetes. , tambm, de salientar que o peso da amostra tende a estabilizar mais
rapidamente quanto maior for a temperatura de secagem e, o peso dos provetes no final do tempo do
ensaio (32 dias) tanto menor quanto maior a temperatura de secagem.
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Para atingir a condio de massa constante, foram precisos 19 dias para a temperatura de secagem de
40C, 14 dias para 75C e 11 dias para 105C.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5 10 15 20 25 30
Teo
r em
gu
a (
%)
Tempo (dias)
17 mm
34 mm
54 mm
Figura 3. Variao do teor em gua medido pelo higrmetro durante a secagem a 40C em funo
da profundidade dos elctrodos.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5 10 15 20 25 30
Teo
r em
gu
a (
%)
Tempo (dias)
17 mm
34 mm
54 mm
Figura 4. Variao do teor em gua medido pelo higrmetro durante a secagem a 75C em funo
da profundidade dos elctrodos.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5 10 15 20 25 30
Teo
r em
gu
a (
%)
Tempo (dias)
17 mm
34 mm
54 mm
Figura 5. Variao do teor em gua medido pelo higrmetro durante a secagem a 105C em funo
da profundidade dos elctrodos.
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Os resultados obtidos com o higrmetro, expressos em teor de gua, apresentam-se nas Figuras 3 a 5,
correspondendo s trs diferentes profundidades testadas.
Por observao das Figuras 3, 4 e 5 possvel verificar que a configurao das curvas semelhante
das apresentadas na Figura 2 e que o equipamento usado sensvel profundidade de penetrao dos
elctrodos: o teor em gua aumenta com a profundidade. Este facto evidente nos provetes secos a
40C e atenua-se com o aumento da temperatura de secagem.
Os teores em gua, em percentagem do peso dos provetes secos, fornecidos pelo higrmetro e
apresentados nas Figuras 3 a 5 foram obtidos recorrendo tabela de calibrao do equipamento. No
entanto, de forma a verificar se existe alguma correlao entre os valores medidos no higrmetro e o
teor em gua registado nos ensaios de perda de massa, compararam-se os respectivos valores.
Considerou-se para valor medido no higrmetro o correspondente mdia dos trs registos efectuados
em diferentes profundidades dos provetes. O resultado apresenta-se na Figura 6.
y = 18.186x - 14.223R = 0.9549
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Valo
r m
ed
ido
no
Hig
rm
etr
o
Teor em gua (%)
Figura 6. Comparao entre os valores medidos com o higrmetro e os registados nos ensaios de
perda de massa.
Analisando a Figura 6, possvel verificar que o higrmetro consegue prever adequadamente o teor
em gua dos provetes, excepto nas condies extremas. Ou seja, quando os provetes esto saturados
ou secos ou muito prximo dessas condies. O valor medido no higrmetro relaciona-se linearmente
com o teor em gua, obtendo-se uma correlao forte desde que no se considerem os pares de valores
assinalados na Figura 6.
3.2 Porosidade aberta
Conforme descrito anteriormente, a porosidade aberta foi aferida por intermdio do ensaio de
absoro de gua por imerso presso atmosfrica (p.a.) e sob vcuo. Os resultados obtidos nos
provetes secos at atingir a condio de massa constante apresentam-se na Figura 7. A porosidade
aberta (ensaio presso atmosfrica) foi, tambm, avaliada aps um perodo de secagem superior ao
necessrio a atingir a condio de massa constante (MC), correspondente a 32 dias de exposio s
diferentes temperaturas. A comparao dos resultados apresenta-se na Figura 8.
Conforme se pode constatar por observao das Figuras 7 e 8, a temperatura de secagem dos provetes
influencia significativamente o resultado dos ensaios de porosidade aberta por imerso em gua. O
aumento da temperatura de secagem danifica a estrutura porosa do beto, levando a acrscimos
substanciais da porosidade: comparativamente com os provetes secos a 40C, a porosidade dos secos
a 75C aumentou 44% e dos secos a 105C 57%. Os resultados mostraram que o resultado , tambm,
afectado pelo tempo de secagem. Se bem que a diferena registada em provetes secos a 75C ou
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105C no foi significativa, o mesmo no se pode afirmar relativamente secagem a 40C. Efectuar o
ensaio aps 32 dias em estufa ventilada conduziu a resultados 17% superiores aos verificados quando
atingida a condio de massa constante (ao fim de 19 dias).
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
40C 75C 105C
Po
rosi
dad
e A
bert
a (
%)
Temperatura (C)
p.a.
vcuo
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
40C 75C 105C
Po
rosi
dad
e A
bert
a (
%)
Temperatura (C)
MC
32 dias
Figura 7. Porosidade aberta. Figura 8. Influncia do tempo de
secagem na porosidade aberta.
3.3 Absoro de gua por capilaridade
A Figura 9 representa a cintica de absoro capilar, registada no decorrer dos 3 dias de ensaio, e os
resultados do coeficiente de absoro capilar (S), determinados considerando as primeiras 8 horas do
ensaio, apresentam-se na Figura 10.
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ab
sor
o
Cap
ilar
(kg/m
2)
Tempo (h0.5)
40C
75C
105C
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
40C 75C 105C
S (
mg/(
mm
2x
min
.0.5
)
Temperatura (C)
Figura 9. Cintica de absoro capilar. Figura 10. Coeficiente de absoro
capilar (S).
O aumento da temperatura de secagem influencia esta propriedade de forma semelhante porosidade
aberta.
3.4 Permeabilidade ao oxignio e gua
Na Figura 11 possvel observar os resultados da permeabilidade intrnseca ao oxignio (K0) e na
Figura 12 os resultados da permeabilidade gua (KW) e constatar que a temperatura altera a estrutura
porosa do beto.
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9
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
40C 75C 105C
K0
(x 1
0-1
6m
2)
Temperatura (C)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
40C 75C 105C
KW
(x 1
0-1
8m
2)
Temperatura (C)
Figura 11. Permeabilidade intrnseca ao
oxignio.
Figura 12. Permeabilidade gua.
3.5 Profundidade de penetrao de gua sob presso
A Figura 13 mostra a variao da profundidade de penetrao da gua com a temperatura e com o
tempo de secagem.
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
40C 75C 105C
Pro
fun
did
ad
e d
e P
en
etr
ao
(cm
)
Temperatura (C)
MC
32 dias
Figura 13. Variao da profundidade de penetrao da gua com a temperatura e com o tempo de
secagem.
A profundidade de penetrao da gua foi claramente influenciada pela temperatura de secagem dos
provetes mas o tempo de secagem (at atingir a massa constante (MC) ou 32 dias) no afectou
substancialmente os resultados do ensaio.
4. CONCLUSES
Com base nos resultados obtidos possvel concluir que a temperatura de secagem utilizada para
condicionar os provetes a submeter a ensaio influencia significativamente os resultados. O aumento
da temperatura de secagem danifica a estrutura porosa do beto e responsvel por acrscimos
considerveis dos indicadores de durabilidade determinados, que correspondem a perdas de
desempenho. Por exemplo, preparar os provetes de um mesmo beto para o ensaio de absoro de
gua por imerso, secando-os a 40C ou 105C, originou um acrscimo de porosidade aberta de 57% e
uma profundidade de penetrao de gua sob presso de quase o triplo (aumento de 186%). As
diferenas obtidas nos resultados so muito mais tnues quando comparados os resultados
correspondentes a temperaturas de secagem de 75C e 105C.
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O teor em gua dos provetes pode ser estimado recorrendo a um higrmetro baseado na medio da
resistividade elctrica. Apenas nas condies extremas, quando o provete se encontra saturado ou
seco, a utilizao do higrmetro conduz a resultados no comparveis com os teores em gua
determinados por intermdio das perdas de massa verificadas ao longo do perodo de secagem dos
provetes.
Quanto maior a temperatura de secagem mais rpida esta se processa. Secar os provetes durante mais
tempo que o necessrio obteno de massa constante aumenta a absoro de gua por imerso e a
profundidade de penetrao de gua. Porm, nos ensaios efectuados, essa diferena s foi
significativa (17%) nos provetes sujeitos ao ensaio de absoro de gua e secos temperatura de
40C.
REFERNCIAS
[1] PARROTT, L.J. Moisture conditioning and transport properties of concrete test specimens. Materials and Structures: RILEM, Vol. 27, 1994. 460-468 p.
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[8] LNEC E 395 Betes. Determinao da absoro de gua por imerso. Ensaio no vcuo. LNEC, 1993.
[9] LNEC E 393 Betes. Determinao da absoro de gua por capilaridade. LNEC, 1993.
[10] LNEC E 392 Betes. Determinao permeabilidade ao oxignio. LNEC, 1993.
[11] CABRERA, J.G. Design and production of high performance concrete. Proceedings of International Conference, Infrastructure Regeneration and Rehabilitation Improving the Quality of
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[13] NP EN 12390-8 Ensaios do beto endurecido. Parte 8: profundidade de penetrao da gua sob presso. Instituto Portugus da Qualidade, 2009.