CARACTERIZAÇÃO EXPERIMENTAL DO COMPORTAMENTO DEÓLEOS DESCOFRANTES DE BASE VEGETAL

Santos*, 1. R.; Branco**, F. A.; Brito***, J

*Engenheiro Civil, Mestre em Engenharia de Estruturas. Instituto Superior Técnico, Lisboa - Portugal**professor Catedrático. DECivil, Insituto Superior Técnico, Lisboa - Portugal***Professor Auxiliar. DECivil, Instituto Superior Técnico, Lisboa - Portugal

Na indústria da construção utilizam-se frequentemente óleos de base mineral comodescofrantes das peças de betão. Estes óleos são poluidores e podem provocar doenças depele aos operários que os utilizam. Em alternativa, estão presentemente .a ser lançados naEuropa Comunitária óleos descofrantes de base vegetal, que são biodegradáveis e nãoapresentam problemas de toxicidade. Neste artigo apresentam-se os resultados de umacampanha de ensaios realizada no IST, tendo em vista a avaliação do comportamento dosóleos sob várias condições de utilização, por intermédio da medição do atrito betão-cofragem, utilizando-se uma técnica especialmente desenvolvida para este fim.

1. INTRODUÇÃO

O objectivo do uso de óleos descofrantes é facilitar a remoção da cofragem deelementos de betão. Os óleos descofrantesde uso corrente são de base mineral epodem conter solventes orgânicos voláteis,pondo em risco a saúde dos operários queos utilizam e contribuindo para a poluiçãoambiental.

No âmbito da Comunidade Europeia(Programa INNOVATION) foi desenvolvido o projecto SUMOVERA (Sjbstitutionof Mineral Oil based concrete mouldrelease agents by non-toxic, readily biodegradable, Y.getable oil based felease4ents in the construction industry) com o

intuito de apoiar a implementação dasubstituição dos óleos descofrantes de basemineral por óleos descofrantes de basevegetal.

As principais vantagens dos óleos debase vegetal em relação aos de base mineralsão as seguintes:• não são inflamáveis;

• não irritam a pele;• têm um cheiro menos desagradável;• não contêm solventes voláteis;• são biodegradáveis no ambiente.

O uso de óleos descofrantes de basevegetal pode, por outro lado, proporcionarefeitos laterais indesejáveis tanto na cofragem como no betão, como por exemplo afalta de hidratação superficial da pasta de

RESUMO

1

cimento.Desenvolveu-se então no IST uma

campanha de ensaios, que incluiram o estudo do comportamento dos óleos em termosde aderência ao betão, estabilidade aoaquecimento e vibração, período de eficiência, entre outros factores.

Como a operação de descofragemconsiste basicamente em desligar a cofragem dos elementos de betão, a grandeza física escolhida para medir a eficiência doóleo descofrante nos vários tipos de ensaiofoi a aderência do betão à cofragem.

2. ADERÊNCIA COFRAGEM-BETÃO

Num caso geral, a forma mais lógicade se medir a aderência cofragem-betão éatravés do ensaio de arrancamento (putiout test). Isto obriga na prática à construção de provetes com dimensões apreciáveis pois, caso contrário, o ensaio é sujeito a algumas dificuldades, tais como:• as forças medidas seriam pequenas de

mais e pequeníssimos erros seriam equivalentes a uma perda de precisão inaceitável;

• para medir a aderência entre as duassuperfícies, seria necessário levantar oprovete, sendo o peso deste muito maiorque a aderência (em muitos casos, ovalor medido seria o peso próprio e seriaimpraticável diferenciar entre duas diferentes situações);

• em alguns casos, uma significativa forçaartificial de aderência é criada devida àsolidificação entre as peças verticais ehorizontais dos moldes, uma situaçãoque dá resultados duvidosos, pois não setrata de um fenómeno de aderência.

Devido às dimensões reduzidas dosprovetes a utilizar, idealizou-se um ensaioalternativo no qual se mediu o coeficientede atrito estático (relação entre a força horizontal necessária para fazer o provetecomeçar a deslizar na superfície da cofragem e o seu peso).

O problema do pequeno peso do provete e a eventual perda de precisão foi contornado colocando-se algumas peças com

peso calibrado sobre o topo do provete, oque também simula a pressão do betão nascofragens.

Outra vantagem deste tipo de ensaio éa possibilidade de comparar a eficiência relativa de diferentes óleos descofrantes coma situação de não utilização dos mesmos e,no caso de óleos de base vegetal emulsionados em água, avaliar a melhor relaçãoágua / óleo.

O ensaio padrão foi então calibradopara a obtenção de resultados fiáveis utilizando-se um equipamento pouco sofisticado. A calibração do ensaio de aderênciafoi também utilizada na optimização da relação água / óleo para o óleo vegetal emulsionado usado neste estudo (MIRACOLfabricado pela CASTROL).

3. ENSAIO DE ADERÊNCIA

3.1 Considerações gerais

A calibração do ensaio de aderênciaconstou em moldar provetes de argamassasobre dois tipos de cofragem (aço ou contraplacado de madeira) (Fig. 1), os quaisforam previamente pulverizados, com oóleo descofrante de base vegetal (emulsionado ou não). Posteriormente, avaliou-se ocoeficiente de atrito estático provete-cofragem. A Fig.2 apresenta a aplicação doóleo descofrante à cofragem.

Devido às pequenas dimensões dosprovetes e, consequentemente, ao pequenovalor da força horizontal necessária para odeslizamento dos mesmos na superfície dacofragem, desenvolveu-se uma técnica paramedição desta força, utilizando-se para talum transdutor de forças especialmente criado para este fim.

O funcionamento do transdutor baseia-se na deformação axial de uma chapametálica fma. A partir do módulo de elasticidade da mesma e tendo em conta a Lei deHooke obtém-se o esforço axial desejado.

2

3.2 Técnica de avaliação do coeficientede atrito betão-cofragem

O coeficiente de atrito betão-cofragemfoi avaliado pela seguinte expressão:

onde v - coeficiente de atrito betão-cofragem;Fh - força horizontal necessária para odeslizamento do provete na superfícieda cofragem;P - peso do provete;G - peso total das peças colocadassobre o provete.

v

1-

fig. 1 - Tipos de cofragem utilizados nos ensaios

Fig.2 - Aplicação do óleo descofrante à cofragem de aço

FhV(PG) (1)

3

Fig.4 - Pormenor do laço metálico instalado na extremidade do provete antes da betonagem e da ligação domesmo ao fio de aço

A avaliação de fli foi feita recorrendo--se ao dispositivo referido em 3.1. Trata-sede uma chapa metálica fina com dimensõesapropriadas para a sua ligação a um pequeno prisma de madeira e com rigidez axialcompatível com a força horizontal esperada.

Foi feito um pequeno orifício em cadaextremidade da chapa, sendo um para a ligação ao prisma e o outro para a ligação a

um fio de aço muito fino (Fig.3). Este fiopermite a transferência da força horizontalno provete para o esforço axial na chapametálica. Na extremidade do provete foiinstalado um pequeno laço metálico, antesda colocação da argamassa, para ligação aofio de aço (Fig.4).

A deformação axial da chapa foi registada por um par de extensómetros deresistência eléctrica colados, um em cada

Fig.3 - Pormenor do furo na extremidade da chapa para ligação da mesma ao fio de aço

.1.• %.Ç. r.•

4

face. Estes extensómetros, além de doisoutros colados em faces opostas de umachapa do mesmo material não solicitada,foram ligados a uma ponte extensiométricanuma ligação de tipo ponte completa, compensando assim os efeitos das temperaturas. O sinal registado (eixo y do registador) foi dividido por dois, o que permitiua compensação de um eventual efeito deflexão na chapa activa.

A força horizontal correspondente aoinstante do deslizamento foi determinadacom o auxilio de um transdutor de deslocamentos encostado à outra extremidade doprovete, sendo o sinal do início do movimento registado no eixo x do registador.

Admitindo-se válida a lei de Hooke, ovalor de Fh pode ser avaliado através daseguinte equação:

Fh = AE2

(2)

onde E - extensão total registada;A - área da secção transversal da chapa;E - módulo de elasticidade da chapa(avaliado experimentalmente).

Para que o valor registado na escalacorrespondesse directamente a uma força,determinou-se analiticamente a força axialna chapa associada a uma extensão de 1 x106.

3.3 Descrição do ensaio

Inicialmente, foi feita a preparação dasuperfície da cofragem que estará emcontacto com o provete. Posteriormente,utilizando-se um pulverizador apropriado,aplicou-se o óleo descofrante à cofragem(incluindo as paredes). Nos ensaios realizados, aplicou-se o óleo de base vegetalfabricado pela CASTROL (MIRACOL)puro e emulsionado em água com relaçõesóleo/água de 1:10, 1:20, 1:30, 1:40, 1:50.

Os provetes tinham uma forma prismática com secção transversal de 0,15 x0,15 m2 e espessura de 0,04 m. Após umperíodo de 48 horas, retiraram-se as pare-

des dos moldes, sendo os provetes sujeitosao ensaio de aderência. O peso total daspeças colocadas sobre os provetes (G) foide 50 N.

O ensaio de aderência propriamentedito constou em aplicar ao provete, manuale gradualmente (utilizando-se para tal oprisma de madeira ligado à chapa metálica),uma força horizontal capaz de fazer comque o mesmo deslize na superfície da cofragem. Com a chapa metálica ligada ao fio deaço e consequentemente ao provete, a força de tracção registada indicou a força horizontal aplicada ao provete. A Fig.5 apresenta o equipamento do ensaio, enquantoque a fig.6 representa a realização domesmo.

3.4 Tratamento estatístico dos resultados

Os resultados obtidos nos ensaiosmanifestaram uma variação significativa,decidindo-se então pelo registo de 10 valores de E para cada ensaio e pelo tratamentoestatístico dos mesmos.

Inicialmente, calcula-se a média aritmética dos 10 valores registados (ji). Determina-se então o desvio padrão (c’) através da seguinte expressão:

onde v1 a v11 - valores de e registados;n - n° de registos.

(3)

O coeficiente de variação () é calculado pela seguinte expressão:

II(4)

No caso de 0,15, o ensaio emanálise é aceite como a média aritméticacalculada para os 10 valores registados.Caso contrário, é retirado do cálculo damédia e do desvio padrão o registo maisafastado da média. Determina-se então novamente o coeficiente de variação, repetin

2(v —ji)

n—1

5

do-se o processo até se alcançar 0,15.Um ensaio só é aceite desde que existam nomínimo 5 registos válidos.

4. RESULTADOS NO ÂMBITO DOPROJECTO SUMOVERA

Na avaliação experimental do módulo

de elasticidade da chapa metálica, obteve--se um valor de 60,8 GPa. A chapa tinhauma secção transversal de 3,98 x 0,05 cm2.

Fig.5 - Equipamento utilizado no ensaio de aderência

,t

.

; .I,....

‘

4t1 4.,

Fig.6 - Realização do ensaio de aderência

6

1

- - - 1-

E’13:i PJ 44

!-,: +

L frrt-- :F

•j 1j.jz.. F. -Tz

.-. - ,- ‘ - - -

ËFig.7 - Obtenção gráfica do registo dos extensómetros

Tab. 1 - Resultados obtidos num dos provetes ensaiados

N° DO PROVETE -48RELAÇÃO ÓLEO / ÁGUA = 1:20

TIPO DE COFRAGEM: AÇOn y (cm) -

1 5,15 0,0277782 6,15 1,3611113 4,8 0,0336114 5,4 0,1736115 6 1,0336116 4,4 0,3402787 4,4 0,3402788 4,1 0,7802789 4,45 0,284444

MÉDIA ARITMÉTICA ti’) = 4,98

DESVIO PADRÃO (a) = 0,74

COEFICIENTE DE VARIAÇÃO ( = 0,15

EXTENSÃO REGISTADA (e) = 1,53 x i05FORÇA HORIZONTAL MEDIDA (Fh) = 18,46 N

PESO DO PROVETE = 19,36 NCOEFICIENTE DE ATRITO = 0,27

O peso de cada provete era de cercade 20 N. Através das características dachapa, concluiu-se que uma extensão namesma de 1 x 106 correspondia a umaforça axial de 1,21 N.

A Fíg.7 apresenta como exemplo o registo gráfico dos extensómetros.

A força horizontal necessária para odeslizamento do provete na superfície dacofragem (Fh) foi determinada através daequação (2). Após a determinação de Fh, ocoeficiente de atrito betão-cofragem foi

avaliado por intermédio da expressão (1).A Tab. 1 e a Fig.8 apresentam os resul

tados obtidos num dos provetes ensaiadose o respectivo tratamento estatístico dosmesmos.

Na Tab. 1 e na Fig.8 o termo Yn representa a medida registada na escala escolhida.

Os ensaios em que o óleo de base vegetal foi aplicado puro resultaram na faltade hidratação da camada superficial dosprovetes, quer no uso de cofragem de aço,

7

76,15 6

4,98 64,4444lA

4,8 ‘ ‘

Yn(Cm)3.

2

1

oO 1 2 3 4 5 6 7 8 9

n

Fig.$ - Diagrama com os resultados obtidos num dos provetes ensaiados

0,5

o

O,45 O O

O

O0,4

Oo

COEFICIENTE0,35

DE ATRITO • AÇO

o MADEIRA

0,3

0,25

0,2

O 10 20 30 40 50

RELAÇÃO ÁGUNÓLEO

Fig.9 - Evolução do coeficiente de atrito com a relação água / óleo nos dois tipos de cofragem ensaiados

$

quer no uso de cofragem de madeira. A região do provete em contato com a cofragem ficou com uma aparência pulverulenta,desagregando-se ao simples toque de umdedo. De facto, as características orgânicasdos óleos de base vegetal podem levar auma reacção com o hidróxido de cálcio dapasta de cimento, provocando uma deficiência na hidratação da mesma.

Provou-se através dos ensaios, e paradois tipos de cofragem, que uma relaçãoóleo / água de 1:10 é também prejudicial àhidratação do cimento contido na pasta.

Com o uso de relações óleo / água de1:40 e 1:50, muito embora o problema dafalta de hidratação da camada superficial doprovete tenha desaparecido, obtiveram-sevalores muito altos para o coeficiente deatrito, quase idênticos aos obtidos nos ensaios em que nenhum óleo descofrante foiaplicado à cofragem.

Verificou-se ainda que o problema dafalta de hidratação do cimento ocorria emcofrâgens de madeira tradicional de pinho,independentemente da relação óleo / águautilizada. Daqui se pode concluir não sereste tipo de cofragem adequado à utilização de óleos descofrantes de base vegetal.Isto não se constitui como uma limitação aestes tipos de óleos descofrantes, já queefectivamente não é compatível em termostécnicos a utilização de descofrantes emcofragens de baixa tecnologia.

A Fig.9 apresenta um diagrama coeficiente de atrito X relação água / óleo paraos dois tipos de cofragem ensaiados.

Do diagrama da Fig.9 pode-se concluirque, em termos gerais, os coeficientes deatrito obtidos no caso de cofragens de açosão menores que os correspondentes valores para cofragens de madeira. Para as cofragens de aço, foram obtidos valores relativamente baixos do coeficiente de atritopara valores da relação água / óleo até 30.Acima de 30, com a diminuição do peso relativo de óleo, o coeficiente de atrito aumenta rapidamente.

No caso das cofragens de contraplacado de madeira, o coeficiente de atritoaumenta rapidamente para valores darelação água / óleo maiores que 10, mas

mais ou menos estabiliza para valores de 30ou mais.

No caso de nenhum tipo de óleo descofrante ter sido aplicado às cofragens, ocoeficiente de atrito alcançou um valormédio de 0,54 tanto nas cofragens demadeira como nas de aço.

Com a relação água / óleo de 30,foram alcançados no laboratório resultadosaceitáveis em termos de coeficiente deatrito, sendo que o mesmo não ocorreunum ensaio in situ. Por esta razão, optou-sepor usar uma relação de 20 em todos osensaios de comportamento.

5. CONCLUSÕES

O projecto SUMOVERA foi desenvolvido no âmbito da Comunidade Europeia (Programa Innovation) com o intuitode promover a substituição dos óleosdescofrantes de base mineral, altamentetóxicos e poluentes, por óleos de basevegetal biodegradáveis.

Foi realizada no IST uma série deensaios para verificar o comportamento dosóleos de base vegetal em termos de aderência ao betão, etc. A grandeza adoptadapara caracterização deste tipo de óleo,comparação com o óleo de base mineral eescolha da relação água / óleo ideal foi aaderência betão-cofragem. Para mediçãoindirecta da aderência betão-cofragem, foidesenvolvida uma técnica que permite medir o coeficiente de atrito entre ambos.

Concluiu-se, após a realização de ensaios sobre cofragens de madeira e aço, queos óleos de base vegetal funcionam melhorpara as últimas, as quais são mais frequentes em obras em que normalmente seutilizam óleos descofrantes.

6. AGRADECIMENTOS

O projecto foi desenvolvido emconjunto pelas seguintes instituições:• Chemiewinkel University of Amsterdam

- Holanda;• Kooperationsstelle Hamburg - Alema

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7. REFERÊNCIASnha;• Instituto Superior Técnico - Portugal;• Helsinkí University of Technology - Fin

lândia;• Bouygues Chailenger - Direction Deve

loppement Sociale - França;• European Federation of Building and

Wood Workers

[1] Branco, F. A.; Brito, 1.; Santos, J. R. -

“Sumovera Report 3.6.1- Introduction”- IST/UTL, 1997.

[2J Branco, F. A.; Brito, J.; Santos, J. R. -

“Sumovera Report 3.6.2- AdherenceMoulds-Concrete” - ISTIUTL, 1997.

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