tese - influência da utilização de retardadores na retraccao do betao

UNIVERSIDADE DE VORA

ESCOLA DE CINCIAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Estudo da influncia da utilizao de retardadores de presa na eficincia de expansivos, no controle

da retrao dos betes

Leidymar Carolina Frederico dos Santos

Orientadores:

Professor Doutor Miguel Jos Pereira das Dores Santos de Oliveira

Doutor Antnio Carlos Bettencourt Simes Ribeiro

Mestrado em Engenharia Civil

rea de especializao: Construo

Dissertao para a obteno do grau de mestre em Engenharia Civil

vora, 2014

AGRADECIMENTOS

A realizao deste trabalho s foi possvel graas colaborao, tanto a nvel profissional, como

a nvel pessoal, de inmeras pessoas que foram surgindo e dando o seu contributo ao longo do

desenvolvimento do mesmo.

Em primeiro lugar, gostaria de agradecer ao professor Dr. Miguel Oliveira por ter sugerido o

presente tema e por ter aceitado ser o meu orientador. Agradeo imenso todo o acompanhamento

prestado, bem como as crticas e sugestes manifestadas, contribuindo para uma maior

aprendizagem.

Ao Dr. Antnio Bettencourt Ribeiro (LNEC) um profundo agradecimento por ter aceitado ser o

meu coorientador, mostrando um grande empenho e profissionalismo. Obrigada por toda a

transmisso de conhecimento acerca deste tema e pelo interesse demonstrado.

Ao Fernando Oliveira, tcnico do Laboratrio de Materiais de Construo do Instituto Superior

de Engenharia da Universidade do Algarve, por toda a ajuda manifestada ao longo da realizao

do trabalho experimental. Sem a sua disponibilidade e acompanhamento, a realizao do

trabalho experimental teria sido dificultada.

Aos elementos do Ncleo de Betes do LNEC, em especial ao Pedro Amaral e Gil Rosa,

tcnicos experimentadores, por toda a ajuda e colaborao prestada no trabalho experimental.

Aos meus colegas de curso, especialmente ao Matthias Eckert, um enorme agradecimento por

toda a ajuda demonstrada e pelas trocas de conhecimento transmitidas.

A todas as minhas amigas, especialmente Vanessa e Mariana, por todo o apoio e

compreenso apresentados ao longo desta etapa.

Um agradecimento especial ao meu namorado Pedro, por todo o apoio e incentivo demonstrado

ao longo da realizao deste trabalho.

Por ltimo, e no menos importante, gostaria de agradecer a toda a minha famlia,

essencialmente aos meus pais, por todo o apoio e educao transmitida ao longo de toda a minha

vida. Sem a vossa ajuda no teria chegado onde cheguei hoje.

RESUMO

O beto autocompactvel surgiu a partir da evoluo do beto convencional, tendo vindo a

mostrar-se ao longo dos anos, um material verstil e eficaz. A menor relao gua-ligante e a

menor dosagem de agregado so as principais diferenas encontradas no beto autocompactvel

(alm da utilizao de adjuvantes e/ou adies). Estas caractersticas iro originar uma menor

durabilidade das estruturas, consequente do aparecimento da fissurao, devido s grandes

tenses geradas nos elementos estruturais, originadas atravs da retrao.

A retrao apresenta uma elevada importncia na durabilidade das estruturas de beto,

nomeadamente, na conceo, dimensionamento, processo construtivo e no comportamento em

servio. Porm, devido aos mecanismos a ela envolvidos estarem ainda longe de serem

totalmente compreendidos, tm surgido diversos mtodos para a reduo deste fenmeno.

De forma a compreender melhor o fenmeno da retrao e melhorar as caractersticas do beto

autocompactvel, foi realizado um trabalho experimental para avaliao deste fenmeno,

introduzindo dois adjuvantes, um expansivo e um retardador de presa, em duas composies de

beto autocompactvel com diferentes superplastificantes.

O estudo efetuado provou que o expansivo atua numa idade precoce, contribuindo para uma

reduo significativa da fissurao nas primeiras idades. No entanto, a utilizao simultnea de

um expansivo com um retardador de presa, no se mostrou to eficaz no controle da retrao.

Palavras-chave:

Beto autocompactvel; Fissurao; Retrao; Expansivo; Retardador de presa

ABSTRACT

The self-compacting concrete has emerged from the evolution of conventionel concrete, proving

to be a versatile and effective material over the years. The main differences found in self-

compacting (besides the use of adjuvants and/or additives) are lower water-binder ratio

and lower aggregate dosage. These features will result in reduced durability of structures,

resulting in the appearence of cracks due to large stresses generated in the structural elements,

caused by shrinkage.

The retraction is of extreme importance in the durability of concrete structures, particularly in the

design, sizing, constructive and performance process. Although its perfomance mechanisms are

far from being fully understood, several methods have appeared to reduce this phenomenon.

In order to further understand the shrinking phenomenon and improve the characteristics of self-

compacting concrete, experimental work was conducted by introducing two adjuvants, an

expansive and setting retarder in two blends of self-compacting concrete with different

superplasticizeres.

The study proved that the expansive additive contributed to a significant reduction of cracking

at early years. However, the simultaneous use of an expansive with a setting retarder additive,

was not as effective in controlling shrinkage.

Keywords:

Self-compacting concrete; Cracking; Shrinkage; Expansive; Setting retarder

i

NDICE GERAL

1. INTRODUO .............................................................................................................................. 1

1.1. Motivao e Objetivos ........................................................................................................... 2

1.2. Estrutura do documento ........................................................................................................ 3

2. BETO AUTOCOMPACTVEL .................................................................................................. 5

2.1. Conceito de beto autocompactvel ...................................................................................... 5

2.2. Influncia dos materiais no beto autocompactvel ............................................................. 8

2.2.1. Cinzas volantes ................................................................................................................ 8

2.2.2. Superplastificantes ........................................................................................................... 9

2.2.3. Agregados finos ..............................................................................................................10

2.2.4. Agregados grossos ..........................................................................................................10

2.3. Tipos de beto autocompactvel ..........................................................................................12

2.3.1. BAC do tipo finos ...........................................................................................................12

2.3.2. BAC do tipo agente de viscosidade .................................................................................12

2.3.3. BAC do tipo misto ..........................................................................................................12

3. RETRAO ..................................................................................................................................13

3.1. Consideraes Gerais ...........................................................................................................13

3.2. Tipos de retrao ..................................................................................................................14

3.2.1. Retrao Plstica .............................................................................................................14

3.2.1.1. Fatores que afetam a retrao plstica ......................................................................16

3.2.1.1.1. Fatores ambientais ................................................................................................16

3.2.1.1.2. Cimento e adies ................................................................................................18

3.2.1.1.3. Contedo de gua .................................................................................................19

3.2.1.1.4. Efeito dos adjuvantes ............................................................................................20

3.2.1.2. Exsudao ...............................................................................................................21

3.2.2. Retrao Qumica ...........................................................................................................21

3.2.3. Retrao Autognea ........................................................................................................22

3.2.3.1. Fatores que afetam a retrao autognea ..................................................................24

3.2.3.1.1. Quantidade de agregado .......................................................................................24

3.2.3.1.2. Razo A/C ............................................................................................................24

3.2.3.1.3. Adies ................................................................................................................26

ii

3.2.3.1.4. Adjuvantes ...........................................................................................................27

3.2.3.1.5. Finura do cimento.................................................................................................28

3.2.3.1.6. Aumento da temperatura.......................................................................................28

3.2.3.2. Relao entre a retrao qumica e a retrao autognea ..........................................29

3.2.4. Retrao por Secagem .....................................................................................................32

3.2.4.1. Mecanismo da Tenso Capilar .................................................................................33

3.2.4.2. Fatores que afetam a retrao por secagem ..............................................................34

3.2.4.2.1. Fatores ambientais ................................................................................................34

3.2.4.2.2. Propriedades e Composio do beto ....................................................................36

3.2.4.3. Relao entre a Retrao Autognea e a Retrao por Secagem ...............................40

3.2.5. Retrao por Carbonatao .............................................................................................41

3.2.6. Retrao trmica .............................................................................................................42

3.3. Desenvolvimento da estrutura slida ...................................................................................43

3.3.1. Hidratao do cimento ....................................................................................................43

3.3.2. Autodessecao ..............................................................................................................44

3.4. Tempo zero ...........................................................................................................................47

4. ADJUVANTES: EXPANSIVOS E RETARDADORES DE PRESA ..............................................50

4.1. Consideraes gerais ............................................................................................................50

4.2. Expansivos ............................................................................................................................52

4.3. Retardadores de Presa ..........................................................................................................53

5. TRABALHO EXPERIMENTAL MATERIAIS UTILIZADOS ...................................................56

5.1. Cimentos ...............................................................................................................................56

5.2. Adies ..................................................................................................................................57

5.3. Adjuvantes ............................................................................................................................58

5.4. Agregados .............................................................................................................................60

5.4.1. Massa volmica e absoro de gua ................................................................................60

5.4.2. Granulometria .................................................................................................................60

5.5. gua ......................................................................................................................................62

6. TRABALHO EXPERIMENTAL COMPOSIES DESENVOLVIDAS E METODOLOGIAS

DE ENSAIO ..........................................................................................................................................63

6.1. Composies desenvolvidas na Fase I ..................................................................................63

6.2. Composies desenvolvidas da Fase II .................................................................................64

6.3. Composies desenvolvidas na Fase III ...............................................................................66

iii

6.4. Metodologias de ensaio utilizados na Fase I ........................................................................66

6.4.1. Amassadura ....................................................................................................................66

6.4.2. Ensaio de espalhamento ..................................................................................................67

6.4.3. Ensaio de escoamento no funil V ....................................................................................68

6.4.4. Ensaio da caixa L ............................................................................................................69

6.4.5. Resistncia Mecnica ......................................................................................................70

6.5. Metodologias de ensaio utilizados na Fase II .......................................................................71

6.5.1. Amassadura ....................................................................................................................71

6.5.2. Condies climticas da sala de trabalho .........................................................................73

6.5.3. Preparao, conservao e desmoldagem dos provetes ....................................................74

6.5.4. Medio dos tempos de presa ..........................................................................................77

6.5.5. Medio da resistncia ....................................................................................................79

6.5.6. Medio da retrao Mtodo convencional ...................................................................80

6.6. Metodologias de ensaio realizados na Fase III .....................................................................82

6.6.1. Amassadura ....................................................................................................................82

6.6.2. Medio da retrao autognea .......................................................................................83

6.6.3. Medio da retrao qumica ...........................................................................................85

7. APRESENTAO E ANLISE DE RESULTADOS ....................................................................88

7.1. Resultados obtidos na Fase I ................................................................................................88

7.1.1. Autocompatibilidade dos BAC base ................................................................................88

7.1.2. Resistncia compresso dos BAC base .........................................................................91

7.2. Apresentao e anlise dos resultados obtidos na Fase II ...................................................92

7.2.1. Tempos de presa .............................................................................................................92

7.2.1.1. Apresentao de resultados ......................................................................................92

7.2.1.2. Anlise de resultados ...............................................................................................94

7.2.2. Resistncia compresso ................................................................................................95



7.2.3. Variao de massa ..........................................................................................................96



7.2.4. Variao de comprimento .............................................................................................101

7.2.4.1. Apresentao de resultados ....................................................................................101

iv

7.2.4.2. Anlise de resultados .............................................................................................104

7.3. Resultados obtidos na Fase III ...........................................................................................108

7.3.1. Variao de comprimento desde o estado fresco ............................................................108



7.3.2. Retrao qumica ..........................................................................................................116



8. CONSIDERAES FINAIS .......................................................................................................119

8.1. Concluses ..........................................................................................................................119

8.2. Desenvolvimentos futuros ...................................................................................................121

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................................122

v

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 - Modelo reolgico de Bingham ............................................................................................. 6

Figura 2.2 - Diferenas qualitativas entre a composio dos BAC e a composio dos betes correntes [6]

............................................................................................................................................................... 7

Figura 2.3 - Utilizao dos superplastificantes[13] .................................................................................10

Figura 2.4 - Mecanismo de bloqueio [14] ...............................................................................................11

Figura 2.5 - Volume de agregados grossos vs. capacidade do beto fluir atravs das armaduras (adaptado

de [15]) ..................................................................................................................................................11

Figura 3.1 - Alteraes de volume Enquadramento (adaptado de [18]) .................................................14

Figura 3.2 - Descrio esquemtica da retrao em idade precoce do beto ao longo do tempo (adaptado

de [19]) ..................................................................................................................................................15

Figura 3.3 - Efeito da humidade relativa (a), da velocidade do vento (b) e da temperatura ambiente (c) na

secagem do beto (adaptado de [21]) ......................................................................................................16

Figura 3.4 - Retrao plstica de argamassas de cimento com e sem retardadores de presa (adaptado de

[22]) ......................................................................................................................................................17

Figura 3.5 - Efeito do contedo de cimento na retrao plstica, em argamassas de consistncia semi-

plstica. (adaptado de [23]) ....................................................................................................................18

Figura 3.6 - Efeito do contedo de gua (a) na retrao plstica de amostras com um contedo de cimento

Portland ordinrio de 550 kg/m3, expostas a diferentes condies (adaptado de [22] e [27]) ....................20

Figura 3.7 - Representao esquemtica da retrao qumica [30] ...........................................................22

Figura 3.8 - Retrao Autognea numa pasta de cimento com A/C=0,30 (adaptado de [33]) ...................23

Figura 3.9 - Efeito da razo A/C na retrao autognea do beto (adaptado de [43]) ...............................25

Figura 3.10 - Efeito do contedo de Slica de fumo na retrao autognea do beto (adaptado de [43]) ...27

Figura 3.11 - Variao da temperatura e a retrao autognea para um beto com razo A/C de 0,30

(Temperatura de referncia=30C) (adaptado de [43]) ............................................................................29

Figura 3.12 - Retrao qumica e a formao dos vazios intrnsecos (adaptado de [49]) ..........................30

Figura 3.13 - Relao entre a retrao qumica e a retrao autognea (adaptado por [30] a partir de [40])

..............................................................................................................................................................30

Figura 3.14 - Relao entre a retrao qumica e a retrao autognea na direo horizontal (adaptado por

[30] a partir de [40])...............................................................................................................................32

Figura 3.15 - Descrio esquemtica das mudanas de volume no beto exposto a ciclos alternados de

secagem e humedecimento (adaptado de [50]) ........................................................................................33

vi

Figura 3.16 - Efeito da velocidade do vento e da humidade relativa do ar sobre a taxa de evaporao da

gua do beto. Temperatura ambiente 30C (adaptado de [51]) ...............................................................34

Figura 3.17 - Efeito da gua perdida na retrao do cimento (adaptado de[52]) .......................................35

Figura 3.18 - Efeito da concentrao de agregado na retrao do beto (adaptado de [53]) ......................36

Figura 3.19 - Relao entre a retrao e o mdulo de elasticidade do beto (adaptado de [54])................37

Figura 3.20 - Efeito do contedo de gua na retrao do beto feito com diferentes contedos de cimento

(adaptado por [55] a partir de [56])........................................................................................................38

Figura 3.21 - Efeito da razo A/C na retrao da pasta de cimento (adaptado de [57]) .............................39

Figura 3.22 - Retrao autognea e retrao por secagem, para betes correntes e para betes de alta

resistncia (adaptado por [30] a partir de [40]) .......................................................................................41

Figura 3.23 - Descrio esquemtica do desenvolvimento da resistncia do calor de hidratao (adaptado

por [30] a partir de [65]).........................................................................................................................42

Figura 3.24 - Influncia da dimenso da seco dos provetes no calor de hidratao (adaptado de [65]) ..43

Figura 3.25 - A autodessecao como consequncia da retrao qumica (adaptado de [40]) ...................45

Figura 3.26 - Mecanismo proposto para a retrao autognea em idades precoces (adaptado de [67]) .....47

Figura 3.27 - Presa e endurecimento (adaptado de [82]) .........................................................................48

Figura 3.28 - Erro na medio da retrao devido ao erro da medio inicial (adaptado de [83]) .............49

Figura 5.1 - Curvas granulomtricas dos agregados de densidade normal [30] ........................................61

Figura 6.1 - Misturadora utilizada na produo dos betes ......................................................................67

Figura 6.2 Ensaio de espalhamento a) Cone de Abrams; b) Espalhamento obtido ..............................68

Figura 6.3 - Funil V utilizado no presente trabalho .................................................................................69

Figura 6.4 - Caixa L utilizada no presente trabalho .................................................................................70

Figura 6.5 - Cubos com 15 cm de aresta, realizados no presente trabalho ................................................70

Figura 6.6 - Ensaio compresso de um cubo com 15 cm de aresta ........................................................71

Figura 6.7 - Misturadora utilizada para a produo de betes em volumes de 1,5 l ..................................72

Figura 6.8 - Equipamento de controlo da temperatura e da humidade relativa .........................................74

Figura 6.9 - Moldes utilizados para a preparao dos provetes - a) resistncia mecnica; b) retrao .......75

Figura 6.10 - Moldes cobertos por uma placa de vidro ............................................................................75

Figura 6.11 - Armrios abertos onde foram conservados os provetes ao longo do trabalho experimental .76

Figura 6.12 - Provetes imersos em gua .................................................................................................77

Figura 6.13 - Molde efetuado para a medio dos tempos de presa .........................................................78

Figura 6.14 - Realizao de um ensaio de penetrao com o aparelho utilizado para o efeito ..................78

Figura 6.15 - Mquina de flexo, compresso e trao de prismas ..........................................................80

vii

Figura 6.16 - Equipamento medidor de comprimentos utilizado no presente trabalho..............................81

Figura 6.17 - Misturadora utilizada na produo de betes em volumes de 3,5 l......................................82

Figura 6.18 Ensaio dos moldes no medidor de comprimentos desde o estado fresco, utilizado no

presente trabalho ....................................................................................................................................84

Figura 6.19 Frasco de vidro preparado para a realizao do ensaio de retrao qumica .......................85

Figura 6.20 - Conservao dos provetes para a realizao das leituras ....................................................86

Figura 7.1 Amassadura do BAC base com Glenium ............................................................................89

Figura 7.2 Ensaio de espalhamento do BAC base com Glenium a) espalhamento obtido; b) pormenor

do bordo ................................................................................................................................................89

Figura 7.3 - Ensaio da caixa L do BAC base com Glenium a) vista lateral; b) vista de cima .................90

Figura 7.4 - Ensaio do funil V do BAC base com Glenium .....................................................................90

Figura 7.5 - Amassadura do BAC base com ACE 40 ..............................................................................90

Figura 7.6 - Ensaio de espalhamento do BAC base com ACE 40 a) espalhamento obtido; b) pormenor

do bordo ................................................................................................................................................91

Figura 7.7 - Resistncia compresso do BAC base com Glenium .........................................................92

Figura 7.8 - Resistncia penetrao da agulha ao longo do tempo, para as 7 composies de BAC .......93

Figura 7.9 - Incio e fim de presa das 7 composies de BAC .................................................................93

Figura 7.10 - Resistncia compresso das 7 composies de BAC .......................................................95

Figura 7.11 - Variao de massa das composies com Glenium, nos provetes expostos temperatura

ambiente ................................................................................................................................................97

Figura 7.12 - Variao de massa para as composies com Ace 40, nos provetes expostos temperatura

ambiente ................................................................................................................................................97

Figura 7.13 - Variao de massa para as composies com Glenium, nos provetes imersos ....................98

Figura 7.14 - Variao de massa para as composies com Ace 40, nos provetes imersos .......................98

Figura 7.15 - Variao de massa das composies para os provetes expostos temperatura ambiente ...100

Figura 7.16 - Variao de massa das composies para os provetes imersos .........................................101

Figura 7.17 - Variao de comprimento para as composies com Glenium, nos provetes expostos

temperatura ambiente ...........................................................................................................................102

Figura 7.18 - Variao de comprimento para as composies com Ace 40, nos provetes expostos

temperatura ambiente ...........................................................................................................................102

Figura 7.19 - Variao de comprimento das composies com Ace 40 at aos 7 dias de idade, para os

provetes expostos temperatura ambiente ............................................................................................103

Figura 7.20 - Variao de comprimento para as amassaduras constitudas por Ace 40, zeradas aos 7 dias

de idade ...............................................................................................................................................103

viii

Figura 7.21 - Variao de massa para as amassaduras constitudas por Ace 40, zeradas aos 7 dias de idade

............................................................................................................................................................105

Figura 7.22 - Variao de comprimento para as composies com Glenium, nos provetes imersos .......106

Figura 7.23 - Variao de comprimento para as composies com Ace 40, nos provetes imersos ..........106

Figura 7.24 - Variao de comprimento para as 7 composies de BAC efetuadas, nos provetes expostos

temperatura ambiente ........................................................................................................................107

Figura 7.25 - Variao de comprimento para as 7 composies de BAC efetuadas, nos provetes imersos

............................................................................................................................................................108

Figura 7.26 - Variao de comprimento desde o estado fresco para a composio de referncia com

Glenium ...............................................................................................................................................109

Figura 7.27 - Variao de comprimento desde o estado fresco, para a composio com Glenium e

expansivo ............................................................................................................................................109

Figura 7.28 - Variao de comprimento desde o estado fresco na composio com Glenium, expansivo e

0,1% de retardador de presa .................................................................................................................110

Figura 7.29 - Variao de comprimento desde o estado fresco na composio de referncia com Ace 40

............................................................................................................................................................110

Figura 7.30 - Variao de comprimento desde o estado fresco na composio com Ace 40 e expansivo 111

Figura 7.31 - Variao de comprimento desde o estado fresco na composio com Ace 40, expansivo e

0,1% de retardador de presa .................................................................................................................111

Figura 7.32 - Variao de comprimento desde o estado fresco, nas composies com Glenium.............112

Figura 7.33 - Variao de comprimento desde o estado fresco, nas composies com Ace 40 ...............112

Figura 7.34 - Variao de comprimento desde o estado fresco para as composies com Glenium, zerados

em T0 ..................................................................................................................................................113

Figura 7.35 - Variao de comprimento desde o estado fresco para as composies com Ace 40, zerados

em T0 ..................................................................................................................................................114

Figura 7.36 - Variao de comprimento desde o estado fresco para as composies com Glenium, zerados

s 24h ..................................................................................................................................................115

Figura 7.37 - Variao de comprimento desde o estado fresco para as composies com Ace 40, zerados

s 24h ..................................................................................................................................................116

Figura 7.38 - Retrao qumica das diferentes composies ..................................................................117

Figura 7.39 - Retrao qumica at as 24h ............................................................................................118

ix

NDICE DE TABELAS

Tabela 5.1 - Caractersticas qumicas do cimento utilizado .....................................................................57

Tabela 5.2 - Caractersticas fsicas do cimento utilizado .........................................................................57

Tabela 5.3 - Caractersticas fsicas das cinzas volantes utilizada (adaptado de [30]) ................................58

Tabela 5.4 - Caractersticas dos adjuvantes superplastificantes ...............................................................58

Tabela 5.5 - Caractersticas do expansivo ...............................................................................................59

Tabela 5.6 - Caractersticas do adjuvante retardador de presa .................................................................59

Tabela 5.7 - Massas volmicas e absoro dos agregados [30]................................................................60

Tabela 5.8 - Teores de finos e mdulo de finura dos agregados [30] .......................................................61

Tabela 5.9 - Dimenses dos agregados [30] ............................................................................................62

Tabela 6.1 - Propores das duas composies base ...............................................................................64

Tabela 6.2 - Propores das composies desenvolvidas ........................................................................65

Tabela 6.3 - Propores utilizadas nas pastas desenvolvidas ...................................................................66

Tabela 7.1 - Resultados obtidos nos ensaios efetuados para os dois BAC base ........................................89

Tabela 7.2 Instante para o qual foram zerados os provetes de cada composio .................................113

x

ABREVIATURAS E SMBOLOS

A gua no combinada com o cimento

A/C relao gua-cimento em massa

A/L relao gua-ligante

AMV adjuvantes modificadores de viscosidade

BAC beto autocompactvel

C cimento no hidratado

C3A aluminato triclcico

Ci comprimento do provete no incio do perodo de ensaio

Cf comprimento do provete no final do perodo de ensaio

Cs(t) retrao qumica

CV cinzas volantes

d/D dimenso do agregado

dref comprimento da barra padro

dtampa comprimento de cada tampa

d(t0) comprimento do provete na 1 leitura

Ea mdulo de elasticidade do agregado

Ep mdulo de elasticidade da pasta de cimento

F fora necessria para fazer penetrar a agulha no provete at ao trao de

referncia

h(t) nvel de gua no tubo capilar

k razo A/C

L(t) leitura do defletmetro com o provete no tempo t

LMC Laboratrio de Materiais de Construo do ISE/UAlg

xi

LNEC Laboratrio Nacional de Engenharia Civil

Mfrasco+pasta massa do frasco de vidro com a pasta adicionada

Mfrasco massa do frasco de vidro

Mpasta massa da pasta introduzida no frasco

MVmi massa volmica do material impermevel

MVmsat massa volmica do material saturado com superfcie seca

MVmsec massa volmica do material seco

n propriedades elsticas do agregado

Pc tenso capilar mxima

Pliq Presso na gua

Pgaz Presso do ar

Prh produtos hidratados

r raio de curvatura do menisco

R raio do capilar

RP retardador de presa

S rea superficial especfica do cimento

Sa seco da agulha

Sas coeficiente de retrao autognea

Sc extenso na retrao do beto

Scs coeficiente de retrao qumica

SF slica de fumo

SP superplastificante

Sp coeficiente de volume de vazios

t500 tempo em segundos at um espalhamento de dimetro 500 mm, no ensaio

do cone de Abrams

xii

T tenso de superfcie da gua

Tc teor de cimento

Va volume de gua combinada

Vaa volume de gua antes da hidratao

Vag concentrao de agregado

Vc volume de cimento hidratado

Vca volume de cimento antes da hidratao

Vh vazios gerados durante a hidratao

Vph volume de produtos hidratados

W teor de gua

Letras Gregas

ngulo de humedecimento do slido com gua

Scs coeficiente de retrao qumica no tempo de incio de presa

c retrao autognea do beto

p retrao autognea da pasta de cimento

re retrao ou expanso do provete

coeficiente de Poisson

pl viscosidade plstica

tenso de superfcie da gua

tenso de corte

0 tenso de cedncia

velocidade interna de corte

1. Introduo

1

1. INTRODUO

O beto autocompactvel considerado um dos grandes e importantes desenvolvimentos na

indstria da construo, tendo vindo a ser cada vez mais utilizado devido s diversas vantagens

que apresenta, relativamente ao beto convencional.

A ausncia de vibrao e a consequente diminuio do rudo, existente na realizao deste beto,

causam grandes melhorias no impacto ambiental, bem como na sade dos trabalhadores. Desta

forma, e devido sua facilidade de colocao, diminuindo o tempo de execuo das construes

e a consequente mo-de-obra, este beto origina custos de construo mais baixos, sendo este o

principal motivo da sua utilizao cada vez mais acentuada. Esta utilizao cada vez mais

preferencial visvel essencialmente em trabalhos de reabilitao onde se pretende reparar reas

de difcil acesso. A ausncia de compactao na colocao do beto autocompactvel permite a

sua melhor colocao em reas densamente armadas onde a compactao por vibrador de agulha

dificultada.

Contudo, devido sua baixa relao gua-ligante e menor dosagem de agregado grosso, a

probabilidade de ocorrer fissurao neste tipo de beto elevada, principalmente em idades

precoces, diminuindo a durabilidade das estruturas.

De forma a reduzir o fenmeno da retrao e sabendo-se que este fenmeno ainda no est

completamente conhecido, tm vindo a ser utilizados diversos mtodos, tais como a

incorporao de adies, uso de diversos tipos de adjuvantes, bem como a realizao de variados

mtodos de cura.

A incorporao de adies expansivas no cimento comeou a ser realizada h mais de 30 anos,

com o objetivo de contrariar a exsudao da gua, diminuindo a retrao por secagem, bem

como o efeito do assentamento das partculas finas do inerte e do cimento provocado pelo

excesso de gua utilizada.

No entanto, foram os adjuvantes retardadores de presa, uns dos primeiros a ser adicionados ao

cimento, tendo comeado a sua comercializao no incio do sculo XX. Apesar do efeito destes

adjuvantes ser complexo e, por vezes, incompreensvel, estes comearam a ser empregues

essencialmente em trabalhos onde a colocao do beto demorada. Desta forma, permite uma

1. Introduo

2

maior rentabilidade dos mesmos, devido ao retardamento da presa que permite ao beto ficar

fresco durante mais tempo. Betes que apresentem este tipo de adjuvantes iro apresentar uma

maior resistncia a longo prazo, relativamente a um beto convencional.

1.1.Motivao e Objetivos

O fenmeno da retrao tem uma forte influncia no comportamento do beto e das estruturas ao

longo dos anos, podendo originar deformaes excessivas e redistribuio das tenses. Se estas

deformaes e a redistribuio das tenses no forem detetadas ou tratadas adequadamente,

podero provocar a degradao das estruturas e, at, o colapso das mesmas, causando grandes

custos econmicos e sociais [1]. Estes custos econmicos, quando associados degradao das

estruturas, esto relacionados com a manuteno e reabilitao das estruturas, permitindo

aumentar o tempo de vida til das mesmas.

Estudos sobre a retrao e a fissurao em idades precoces tm vindo a ser efetuados nos ltimos

anos devido maior valorizao da durabilidade das estruturas, bem como ao maior

desenvolvimento de betes de alto desempenho com baixas relaes A/L, sendo estes mais

sensveis ocorrncia de fissurao [2]. Esta fissurao em idade precoce, nos betes de alto

desempenho ou alta resistncia com uma baixa relao A/L, pode ser devida ocorrncia

simultnea de dois processos: retrao autognea e efeitos trmicos. Desta forma, ao longo dos

anos tm sido desenvolvidos e comercializados diversos produtos visando o controlo da retrao

dos betes, tais como fibras e adjuvantes redutores de retrao.

Nos ltimos anos, o fenmeno da retrao tem suscitado algum interesse por parte dos

investigadores, com o objetivo de perceber melhor este fenmeno e encontrar solues para

minimizar o seu efeito. O objetivo da realizao deste estudo tambm o mesmo, pretendendo

avaliar a eficcia de um expansivo, utilizado em conjunto com um retardador de presa. O uso

combinado de um expansivo com um retardador de presa permite conhecer em que instante que

o primeiro atua, conforme o endurecimento da estrutura for mais lento ou mais rpido, devido

adio de diferentes dosagens de retardador de presa. Assim, atravs do conhecimento do

instante em que o expansivo atua possvel compreender se este ir ter influncia na fissurao

em idades precoces, impedindo o aparecimento das mesmas.

1. Introduo

3

1.2.Estrutura do documento

O trabalho desenvolvido encontra-se dividido em 8 captulos, apresentando-se seguidamente o

contedo dos mesmos.

O Captulo 1 corresponde Introduo, onde se apresentam os motivos que levaram realizao

deste trabalho, os objetivos e a estrutura do documento.

No Captulo 2, designado por Beto Autocompactvel, descrevem-se, resumidamente, os

conceitos gerais mais importantes deste tipo de beto, e que necessrio conhecer para o

desenvolvimento do presente trabalho. Apresentam-se tambm, a influncia que alguns materiais

apresentam no beto autocompactvel, bem como as diferentes composies deste tipo de

betes.

O Captulo 3, denominado por Retrao, dedicado retrao dos betes e apresentam-se

descritos os diferentes tipos de retrao, tais como a retrao plstica, qumica, por secagem,

autognea e trmica. Encontram-se tambm abordados, os vrios fatores que podero influenciar

ou originar cada tipo de retrao. Por ltimo, descreve-se sucintamente o mecanismo da

hidratao e da autodessecao, de forma a compreender-se o desenvolvimento da estrutura

slida.

No Captulo 4, destinado aos adjuvantes expansivos e retardadores de presa, apresentam-se,

resumidamente, os efeitos que estes adjuvantes provocam nos betes, nomeadamente na retrao

e na resistncia dos mesmos.

No Captulo 5, encontram-se descritos os materiais utilizados no trabalho experimental.

O Captulo 6 corresponde descrio pormenorizada das composies desenvolvidas, bem como

dos mtodos de ensaios adotados no trabalho experimental.

O Captulo 7 reservado para a apresentao e anlise de resultados, os quais se encontram

divididos pelas 3 fases desenvolvidas. Na fase 1, encontram-se os resultados obtidos para a

autocompatibilidade dos BAC desenvolvidos. Na fase 2 apresentam-se e analisam-se os

resultados referentes aos tempos de presa, resistncia compresso, variao de massa e

retrao total. Por ltimo, na terceira e ltima fase, apresentam-se e analisam-se os resultados

relativos retrao autognea e retrao qumica dos BAC desenvolvidos.

1. Introduo

4

O Captulo 8, intitulado Concluses e consideraes finais, destina-se apresentao das

principais concluses deste trabalho, bem como sugestes para futuros trabalhos de investigao.

2. Beto Autocompactvel

5

2. BETO AUTOCOMPACTVEL

2.1. Conceito de beto autocompactvel

O beto autocompactvel definido como um beto que capaz de fluir entre as armaduras,

envolvendo-as, preenchendo o espao delimitado pela cofragem, apenas sob o efeito do seu peso

prprio, no sendo necessrio o uso de equipamentos externos de vibrao.

Este tipo de beto deve apresentar uma argamassa com elevada deformabilidade e uma

viscosidade que garanta a resistncia segregao entre os agregados grossos e a argamassa. So

exigncias funcionais do beto autocompactvel a resistncia segregao, a capacidade de

enchimento e a facilidade de passagem [3].

A resistncia segregao definida como a capacidade das partculas em suspenso manterem

a homogeneidade durante a mistura, transporte e colocao. Como exemplos da falta de

resistncia segregao temos a exsudao e o assentamento de partculas grossas.

A capacidade de enchimento entendida como a facilidade com que o beto preenche o interior

da cofragem e envolve as armaduras.

Entende-se por facilidade de passagem, a capacidade do beto em passar por espaos estreitos,

resultantes da configurao da cofragem e das armaduras.

Um beto autocompactvel um material homogneo, com elevada fluidez e suficiente coeso,

devendo apresentar uma viscosidade que minimize os riscos de segregao, e uma resistncia ao

movimento reduzida.

O aumento da razo gua/p origina o aumento da fluidez que, por sua vez, conseguida custa

de uma grande diminuio da viscosidade e coeso, podendo originar segregao dos agregados

e bloqueio do fluxo. Contudo, o aumento da quantidade de p e a reduo da quantidade de gua

livre (gua da amassadura menos a gua utilizada no processo de hidratao e gua absorvida

pelos agregados) pode permitir o aumento da viscosidade e da coeso, do beto autocompactvel

[4].

David [5] refere que os betes autocompactveis, no estado fresco, apresentam caractersticas de

um fluido, sendo o seu comportamento reolgico caracterizado, de forma simplificada, pelo

modelo de Bingham (Figura 2.1 e equao 2.1).


6

(2.1)

Onde:

a tenso de corte;

0 a tenso de cedncia, correspondente resistncia inicial ao movimento;

pl a viscosidade plstica;

a velocidade interna de corte.

Para alm destes mecanismos, o atrito interno das partculas e a quantidade de gua livre, so

tambm mecanismos que afetam a reologia do beto, os quais dependem da tenso superficial e

da disperso das partculas. Estas, por sua vez, podem ser modificadas com o uso dos adjuvantes

redutores de gua.

Desta forma, quando se d a deformao do beto, as tenses internas aumentam, pois a

frequncia da coliso e o contacto entre as partculas do agregado aumenta devido menor

distncia relativa entre as partculas, especialmente junto a obstculos.

A combinao das trs propriedades fundamentais (capacidade de enchimento, resistncia

ocorrncia de segregao e a facilidade de passagem), exigidas por um beto autocompactvel,

Figura 2.1 - Modelo reolgico de Bingham


7

permite que as composies dos BAC se diferenciem das dos betes correntes nas seguintes

caractersticas [6]:

Menor teor de agregados grossos;

Maior teor de pasta;

Baixa razo gua-finos;

Elevado teor em finos (material < 125m);

Elevada dosagem de superplastificante;

Eventual utilizao de adjuvantes modificadores de viscosidade (AMV).

Na Figura 2.2 apresentam-se as diferenas entre os BAC e os betes correntes, onde se ilustram

os valores relativos para cada constituinte.

Desta forma, o beto autocompactvel apresenta-se como uma inovao na construo,

apresentando diversas vantagens quando comparado com o beto convencional, tais como:

Eliminao da necessidade de vibrao;

Incrementao da qualidade e da durabilidade das construes;

Figura 2.2 - Diferenas qualitativas entre a composio dos BAC e a composio

dos betes correntes [6]


8

Reduo do impacto no ambiente (ausncia de vibrao, diminuio do rudo,

maior segurana);

Aumento das possibilidades de projeto, quer arquitetnicas quer quanto forma

das estruturas;

Incrementao da produtividade na indstria da construo, diminuindo o tempo

de execuo e, consequentemente, os encargos com a mo-de-obra;

Melhoria das condies de trabalho e da sade dos trabalhadores da indstria da

construo.

2.2. Influncia dos materiais no beto autocompactvel

2.2.1. Cinzas volantes

As caractersticas fsicas e a composio qumica das cinzas volantes dependem de vrios

fatores, nomeadamente, do tipo de carvo utilizado na queima, do processo de queima e da

presena de combustvel nas cmaras de combusto.

A forma esfrica e a elevada finura das cinzas volantes conduzem a baixos coeficientes de atrito

entre as suas partculas e tambm entre estas e as partculas dos outros componentes, diminuindo

a energia despendida para a realizao do fluxo. Desta forma, consegue-se o aumento da

trabalhabilidade, sendo maior num beto com cinzas volantes utilizando menor quantidade de

gua do que num beto sem cinzas [4]. As resistncias superiores do beto autocompactvel no

estado endurecido, ao longo do tempo, so conseguidas atravs do seu efeito pozolnico.

Said Jalali e Rui Ferreira [4] substituram 30% do cimento por cinzas volantes, verificando que

esta substituio melhorou a fluidez e a deformabilidade das pastas, independentemente da

dosagem de superplastificante. Contudo, neste mesmo estudo, estes autores concluram que a

utilizao de cinzas volantes reduz a dosagem de superplastificante necessria para obter uma

dada fluidez.


9

2.2.2. Superplastificantes

Os superplastificantes ou redutores de gua de alta gama, permitem aumentar a plasticidade da

pasta, aumentando a trabalhabilidade do beto que muitas vezes mantida mesmo com uma

reduo da quantidade de gua.

A reduo da quantidade de gua livre e o aumento da fluidez com uma diminuio da

viscosidade conseguida utilizando um superplastificante. Contudo, se este for aplicado numa

dosagem elevada, pode provocar segregao e bloqueio do fluxo.

Segundo Khayat et al. [7], a combinao de um superplastificante com uma baixa razo gua/p

provoca a reduo da quantidade de gua livre e consequentemente, uma viscosidade que garante

a uniforme suspenso das partculas slidas e a reduo das tenses internas devidas coliso

entre as partculas dos agregados.

Na ausncia de superplastificantes, as pequenas partculas de cimento tendem a flocular devido

s foras atrativas do tipo Van der Waals, que se geram entre elas. Esta floculao tende a reter

gua, e quanto maior for esse efeito maior ser a tixotropia da pasta de cimento, ou seja, menor

ser a sua capacidade de fluir quando sujeita somente ao da gravidade [5].

Segundo Collepardi [8], quando adicionado um superplastificante a um beto, o abaixamento

deste pode aumentar cerca de 150 a 220 mm, sendo este capaz de reduzir a necessidade de gua

para um dado abaixamento em cerca de 20-30%.

Tattersall e Banfill [9] e mais tarde, Flatt [10], referiram que a tenso de cedncia de pastas e de

betes, quando adicionado um superplastificante, reduzida para valores muito baixos atravs da

disperso das partculas de cimento, permitindo que os betes possam ser mais fluidos.

Contudo, os superplastificantes so incorporados nos betes com o objetivo de alcanar um dos

seguintes efeitos [11][12]:

Aumentar a trabalhabilidade, mantendo constante o consumo de gua e a razo

gua/cimento. Isto pode ser observado na Figura 2.3 (situao a));

Reduzir a gua de amassadura, mantendo-se a mesma trabalhabilidade, o que,

para a mesma dosagem de cimento, reduz a razo gua/cimento e eleva as resistncias

mecnicas dos betes e aumenta a durabilidade. Da a denominao redutores de gua

(Figura 2.3,situao b));


10

Diminuir o consumo de cimento dos betes, a partir da reduo de gua e da

manuteno da relao gua/cimento inicial, sem que haja queda da resistncia para uma

dada trabalhabilidade.

[13]

2.2.3. Agregados finos

A distribuio granulomtrica, a forma das partculas e a quantidade existente de agregados finos

na composio do beto autocompactvel, tm influncia no seu comportamento no estado

fresco.

Uma quantidade de areia muito elevada origina uma fluidez reduzida, pois a quantidade de pasta

entre as partculas dos agregados insuficiente. Por outro lado, se a quantidade de areia for

muito baixa, a estrutura granular pode ser insuficiente para a quantidade de pasta, originando

segregao ou exsudao.

2.2.4. Agregados grossos

A capacidade de auto compactao do beto condicionada pela mxima dimenso, quantidade,

natureza e pelo tipo de agregados grossos.

Figura 2.3 - Utilizao dos superplastificantes[13]

Aplicaes:

a) BAC

b) Betes de alta

resistncia


11

Ao limitar-se o contedo de agregado grosso, de modo a que cada partcula deste agregado esteja

envolta por uma camada de pasta ou argamassa, consegue-se uma elevada deformabilidade,

permitindo o seu movimento relativo de forma a reduzir o risco de formao de arcos de

agregados (Figura 2.4).

[14]

Na Figura 2.5, est relacionada a quantidade de agregados grossos, em volume, com a

capacidade do beto fluir entre as armaduras. Observa-se que quanto maior for a quantidade de

grossos e a mxima dimenso do agregado, menor a capacidade do beto fluir atravs de

obstculos [15].

Figura 2.5 - Volume de agregados grossos vs. capacidade do beto fluir atravs

das armaduras (adaptado de [15])

Figura 2.4 - Mecanismo de bloqueio [14]

Volume absoluto de agregados grossos (m3/m

3)

Ca

pa

cid

ad

e d

o b

eto f

luir

atr

avs

da

s a

rma

du

ras

(%)


12

2.3. Tipos de beto autocompactvel

2.3.1. BAC do tipo finos

Os BAC com composies do tipo fino apresentam um elevado volume de finos, originando o

aumento da tenso de cedncia e da viscosidade plstica.

A diminuio da tenso de cedncia e o ligeiro decrscimo da viscosidade so conseguidos

atravs da utilizao de um superplastificante, podendo a viscosidade chegar a valores nulos para

dosagens de adjuvante elevadas.

De forma a evitar a ocorrncia de segregao, a razo gua/finos ajustada de forma a conferir

uma coeso e uma viscosidade adequadas. Estes tipos de BAC apresentam, normalmente,

elevada resistncia e durabilidade.

2.3.2. BAC do tipo agente de viscosidade

Os BAC do tipo agente de viscosidade so considerados evolues das colocadas em betes

subaquticos. Estes betes submersos apresentam elevada viscosidade, impedindo a libertao

do ar bem como a passagem em zonas congestionadas, da a no utilizao deste tipo de beto

em estruturas correntes.

Os BAC do tipo agente de viscosidade apresentam elevada deformabilidade, mesmo com uma

quantidade de finos relativamente pequena, mantendo a homogeneidade da mistura.

2.3.3. BAC do tipo misto

Os BAC do tipo misto so baseados na combinao dos tipos de BAC anteriormente referidos.

Este tipo de composies tem sido utilizado com o objetivo de prevenir variaes nas

caractersticas reolgicas dos betes devidas, principalmente, a variaes no teor em gua

superficial e nas granulometrias das areias.

3. Retrao

13

3. RETRAO

3.1. Consideraes Gerais

A retrao um fenmeno que resulta da hidratao do cimento e da secagem do material

cimentcio, causando uma diminuio do seu volume com o tempo, podendo levar fissurao.

Desta forma, a fissurao em idades precoces est associada retrao por secagem e

hidratao do cimento que, por vezes, pode ser agravada por efeitos trmicos. Contudo, estes

comportamentos em idades precoces, no esto totalmente compreendidos, continuando a ser

uma grande rea de pesquisa.

Podem ser considerados dois tipos de fissurao em idades precoces. A primeira, denominada

fissurao por retrao plstica, pode ocorrer mesmo quando o beto considerado um fluido, ou

seja, antes da presa. Este tipo de fissurao pode ser mais considervel em betes de alta

resistncia ou alto desempenho, uma vez que contm uma maior quantidade de finos e uma

menor razo A/C do que o beto normal, apresentando tambm uma menor exsudao [16].

O segundo tipo de fissurao pode ocorrer num estado semisslido ou slido, aps a presa.

Segundo Bentur [16], nesta fase, as prticas de cura convencionais que so consideradas

adequadas para o beto normal, tais como a selagem da superfcie do beto, podem no ser

eficazes para o beto de alta resistncia.

Recentes avanos na construo rpida e na tecnologia dos betes de altas resistncias iniciais,

geraram grandes preocupaes a nvel mundial sobre a fissurao em idade precoce [17].

Segundo Lange [18], os fenmenos de deformao trmica, retrao, fluncia e expanso,

contribuem para uma observao global da variao de volume de uma pea de beto (Figura

3.1).

3. Retrao

14

3.2. Tipos de retrao

A retrao, nos ltimos anos, tem sido alvo de muitos estudos conhecendo-se, desta forma, seis

tipos de retrao. Nesta seco pretende-se dar destaque aos mesmos, sendo eles os seguintes:

Retrao Plstica;

Retrao Qumica;

Retrao Autognea;

Retrao por Secagem;

Retrao por Carbonatao;

Retrao Trmica.

3.2.1. Retrao Plstica

A retrao plstica a retrao que ocorre antes da presa, quando ainda o beto est plstico.

Este tipo de retrao ocorre quando h uma evaporao da gua superficial relativamente rpida

Figura 3.1 - Alteraes de volume Enquadramento (adaptado de [18])

3. Retrao

15

que no compensada por movimentos internos de gua, provocando a secagem da gua nos

poros capilares.

Na Figura 3.2 est esquematicamente descrita a secagem e a associada retrao plstica, sendo

distinguveis quatro fases [19]:

Fase I A taxa de exsudao maior do que a taxa de secagem, desta forma, a superfcie do

beto permanece hmida e no ocorre retrao.

Fase II A taxa de secagem maior do que a taxa de exsudao, assim, a superfcie fica seca e a

retrao ocorre. Quanto s fissuras, estas no ocorrem pois o beto ainda est suficientemente

plstico para acomodar as variaes de volume.

Fase III Nesta fase o beto torna-se frgil e a retrao restrita provoca tenses de trao. Desta

forma, podem surgir fissuras se a resistncia trao for menor que as tenses de trao

induzidas.

Fase IV Nesta fase o beto est definido e comea a retrao por secagem.

Figura 3.2 - Descrio esquemtica da retrao em idade precoce do beto ao

longo do tempo (adaptado de [19])

Tempo de Exposio (horas)

Exte

ns

o x

10

-3

3. Retrao

16

3.2.1.1. Fatores que afetam a retrao plstica

Foi sugerido por Wittmann [20] que a tenso capilar o mecanismo que est envolvido na

retrao plstica pois, esta induz tenses de compresso no beto fresco, provocando a sua

retrao. Este mecanismo torna-se operacional quando so formados, na superfcie do beto,

meniscos entre as partculas slidas.

Soroka [19] refere que a tenso mxima igual a 2T/r, onde T a tenso superficial da gua e r o

raio de curvatura do menisco. Assim, observa-se que a tenso na gua aumenta com a

diminuio do raio de curvatura do menisco, enquanto o raio de curvatura diminui com a

diminuio da humidade relativa ambiente. Deste modo, a retrao plstica dever aumentar com

a intensidade da secagem.

3.2.1.1.1. Fatores ambientais

A humidade relativa, a velocidade do vento e a temperatura, so uns dos fatores ambientais que

afetam a secagem. Atravs da Figura 3.3, observa-se que a humidade relativa sem dvida a que

provoca os maiores efeitos na secagem do beto. A velocidade do vento apesar de ser mais

dominante do que a temperatura ambiente, apresenta valores mais pequenos do que a humidade

relativa. [21]

Figura 3.3 - Efeito da humidade relativa (a), da velocidade do vento (b) e da temperatura ambiente (c) na secagem

do beto (adaptado de [21])

Tempo aps moldagem (horas) Tempo aps moldagem (horas) Tempo aps moldagem (horas)

(a)

(b) (c)

Evap

orao (

kg

/m2)

3. Retrao

17

Soroka [19] refere que a retrao final no depende apenas da intensidade de secagem, mas

tambm da rigidez da mistura e do tempo que leva a mistura a estar definida. Desta forma, para

misturas mais rgidas e tempos de presa curtos, espervel uma menor retrao.

Na Figura 3.4 verifica-se que o uso de adjuvantes retardadores de presa aumenta a retrao

plstica, no sendo aconselhvel o uso dos mesmos em condies ambientais, tais como calor e

condies de tempo seco, pois estes favorecem uma alta retrao plstica [19]. Porm, como se

sabe, as condies atrs referidas permitem com que a presa se d rapidamente, dificultando a

colocao do beto. Desta forma, os retardadores de presa so adjuvantes essenciais nesse tipo

de condies, de forma a contrariar o efeito de acelerao da presa, sendo a retrao originada

atravs da secagem do beto e no propriamente atravs da introduo deste tipo de adjuvantes.

Para a obteno dos resultados apresentados na Figura 3.4, foram realizadas argamassas de

cimento com consistncia plstica e com um contedo de cimento Portland Ordinrio de 550

kg/m3, temperatura do ar de 30C, com uma velocidade do vento de 20 km/h e expostas a

radiao.

[22]

Figura 3.4 - Retrao plstica de argamassas de cimento com e sem

retardadores de presa (adaptado de [22])

Tempo (horas)

Ex

ten

so x

10

-3

3. Retrao

18

3.2.1.1.2. Cimento e adies

Quanto maior for o contedo de cimento, maior ser o nmero de pontos de contacto entre os

meniscos formados, na qual a tenso capilar torna-se funcional. Da mesma forma, quanto menor

forem os gros de cimento, menor o raio dos meniscos que se formam nos pontos de contacto.

Para as mesmas condies, a tenso capilar aumenta com o aumento do contedo de cimento e

com o aumento da finura do mesmo, consequentemente, a retrao plstica tambm dever

aumentar [19].

Na Figura 3.5 pode ser demonstrado o efeito da quantidade de cimento na retrao plstica. Para

tal, foram efetuadas argamassas de consistncia semi-plstica, expostas a uma temperatura do ar

de 30C, a uma humidade relativa de 45% e a uma velocidade do vento de 20 km/h.

[23]

O contedo de cimento deve ser alargado de forma a incluir adies com rea de superfcie

especfica da mesma ordem do que o cimento, sendo um exemplo disto as cinzas volantes, ou

com superfcie especfica superior, por exemplo, a micro-slica [19].

Ravina e Jaegermann [24] estudaram o efeito da adio de cinzas volantes, onde substituram

20% do cimento pelas mesmas. A fim de facilitar a comparao com o mesmo nvel de

resistncia, cada 1 kg de cimento foi substitudo por 1,7 kg de cinzas volantes e,

Figura 3.5 - Efeito do contedo de cimento na retrao plstica, em

argamassas de consistncia semi-plstica. (adaptado de [23])

Tempo (horas)

Exte

ns

o d

a R

etra

o P

lst

ica x

10

-3

3. Retrao

19

consequentemente, o contedo de cimento mais o contedo de cinzas volantes foi 14% maior em

relao ao beto de referncia.

Desta forma, Ravina e Jaegermann [24] concluram que, para uma amostra contendo cimento e

cinzas volantes, a retrao plstica maior do que no beto de referncia. Isto deve-se ao facto

das cinzas volantes terem um efeito retardador na configurao do beto fresco, originando um

tempo mais longo no qual ocorre a retrao plstica comparativamente ao beto ordinrio.

Assim, a retrao plstica ser maior em betes que apresentem cinzas volantes.

Segundo [24] a retrao plstica aumenta com o aumento do tempo da mistura. Isto deve-se ao

efeito de moagem na operao de mistura que origina um maior contedo de finos quanto maior

for o tempo de mistura. Assim, um maior contedo de cimento ir provocar uma maior retrao.

Num estudo efetuado, foi observado que a adio de micro-slica, com uma rea de superfcie

especfica de 23 900 m2/kg, aumentou significativamente a retrao plstica [25].

3.2.1.1.3. Contedo de gua

A tenso capilar mxima atingida quando o raio do menisco igual ao do capilar. Desta forma,

foi sugerido por Powers [26] que a tenso capilar mxima, Pc, dada pela seguinte equao:

(3.1.)

Onde T a tenso de superfcie da gua, S a rea superficial especfica do cimento, Tc o teor

de cimento, W o teor de gua e k a razo A/C.

Atravs da equao mencionada verifica-se que a presso capilar diminui com o aumento do teor

de gua do beto. Consequentemente, a retrao plstica ser menor numa mistura hmida do

que numa mistura seca. Contudo, Ravina e Shalon [22][27] observaram o comportamento oposto

(Figura 3.6). Desta forma, sabendo-se que um menor contedo de gua resulta numa mistura

mais rgida, esta vai resistir a uma maior extenso de retrao do que uma mistura hmida com

um teor de gua mais elevado.

3. Retrao

20

3.2.1.1.4. Efeito dos adjuvantes

Os adjuvantes afetam a retrao plstica atravs do seu efeito no teor de gua livre e no tempo de

presa. Desta forma, esperado que os adjuvantes redutores de gua reduzam a retrao, devido

reduo de gua que ocorre quando se utilizam os mesmos, contudo, esperado que no uso de

adjuvantes retardadores de presa, estes aumentem a retrao devido ao seu efeito retardador na

configurao do beto [19].

O efeito do uso de adjuvantes retardadores de presa pode ser observado na Figura 3.4 (seco

3.2.1.1.1)

Figura 3.6 - Efeito do contedo de gua (a) na retrao plstica de amostras com

um contedo de cimento Portland ordinrio de 550 kg/m3, expostas a diferentes

condies (adaptado de [22] e [27])

Tempo (horas)

Exte

ns

o x

10

-3

3. Retrao

21

3.2.1.2. Exsudao

Quando o beto est a ser colocado, a gua tem tendncia a subir superfcie, este efeito

denominado por exsudao.

Numa mistura com uma exsudao excessiva, se aumentarmos a finura do cimento e

substituirmos parte da areia por um filer fino, ocorre uma diminuio da exsudao. Adjuvantes

aceleradores de presa tambm reduzem a exsudao, pois reduzem o tempo pelo qual o beto

est plstico [19].

3.2.2. Retrao Qumica

A retrao qumica ocorre durante a hidratao do cimento e definida como a reduo do

volume absoluto dos produtos resultantes da hidratao, no que diz respeito ao volume total do

cimento e da gua no hidratados. Esta inicia-se no momento em que a gua e o cimento entram

em contacto, mesmo quando o material est ainda em estado plstico.

A medio da retrao qumica pode ser feita atravs de mtodos gravimtricos e volumtricos, e

depende principalmente da suco desimpedida da gua na estruturao da pasta de cimento

[28].

Le Chatelier [29] mostrou que, independentemente da variao macroscpica, a hidratao do

cimento produz uma importante reduo do volume absoluto. Contudo, a retrao qumica serve

tambm para avaliar a dinmica da hidratao.

O mtodo Le Chatelier determina a retrao qumica total at uma idade muito precoce e a

retrao autognea depois de um certo perodo de tempo, pois os dados, aps um certo perodo

de tempo, so tecnicamente de pouca utilidade.

A retrao qumica pode ser descrita pela equao 3.2 e encontra-se exemplificada na Figura 3.7,

onde a retrao qumica corresponde reduo de volume dos produtos que reagiram (cimento e

gua).

(3.2)

3. Retrao

22

Onde:

Scs Coeficiente de retrao qumica, %

Vc Volume de cimento hidratado

Va Volume de gua combinada

Vph Volume de produtos hidratados

Vca Volume de cimento antes da hidratao

Vaa Volume de gua antes da hidratao

[30]

3.2.3. Retrao Autognea

A retrao autognea uma reduo do volume macroscpica, sob temperatura constante e sem

trocas de humidade com o exterior. Esta retrao resulta do fenmeno qumico associado

hidratao do cimento.

Figura 3.7 - Representao esquemtica da retrao qumica [30]

3. Retrao

23

O incio da retrao autognea ocorre mais cedo conforme a relao A/C diminui. Contudo, as

fissuras devido retrao trmica e retrao plstica, dificilmente podem ser independentes da

retrao autognea [31].

Normalmente, a retrao autognea nos betes de uma ordem de grandeza menor do que a

retrao autognea nas pastas de cimento, devido restrio que o agregado ir provocar na

retrao do beto [32].

Estudos efetuados sobre pastas de cimento [33][34] mostraram que, numa fase inicial, a retrao

autognea e a retrao qumica so semelhantes, contudo, aps a transio suspenso-slido e

autorrestrio, a retrao autognea representa apenas uma pequena parte da retrao qumica

(Figura 3.8). Trabalhos efetuados [35][36] referem que a transio suspenso-slido est

relacionada com o tempo de presa.

Segundo Aitcin [37], a retrao autognea comea quando se inicia o tempo de presa do beto.

Figura 3.8 - Retrao Autognea numa pasta de cimento com A/C=0,30 (adaptado

de [33])

Tempo (horas)

Ret

ra

o A

uto

gn

ea (

mm

3/g

)

3. Retrao

24

3.2.3.1. Fatores que afetam a retrao autognea

3.2.3.1.1. Quantidade de agregado

A insero dos agregados conduz a uma reduo da retrao autognea, devido reduo do teor

de pasta de cimento e deformao elstica do agregado, que, em parte, vai limitar a deformao

por retrao da pasta [38]. Por outras palavras, a retrao autognea ir aumentar com o aumento

do contedo de finos, ou seja, com a diminuio da concentrao de agregados.

A equao 3.3 traduz o modelo de Hobbs [39] proposto para a previso da retrao por secagem

de betes com diferentes teores de agregados, podendo tambm ser aplicado para a retrao

autognea [40].

(3.3)

Em que:

c Retrao autognea do beto

p Retrao autognea da pasta de cimento

Vag Volume de agregado

Ka

Kp -

Ea Mdulo de elasticidade do agregado

Ep Mdulo de elasticidade da pasta de cimento

- Coeficiente de Poisson

3.2.3.1.2. Razo A/C

A quantidade absoluta da retrao autognea tende a aumentar e a retrao tende a iniciar em

idades mais precoces, quando a relao gua/cimento diminui [41].

3. Retrao

25

Segundo Aitcin et al. [42], betes que apresentem uma razo A/C maior do que 0,42, no iro ter

uma retrao autognea muito elevada, por outro lado, a retrao autognea ir desenvolver-se

rapidamente se a razo A/C for menor do que 0,42.

Zhang et al. [43] investigaram o efeito da razo A/C entre os 0,26 e os 0,35 e com um teor de

Slica de Fumo num intervalo de 0% a 10% por peso de cimento.

Na Figura 3.9 mostra-se a influncia da razo A/C, num beto sem Slica de fumo e apresentando

um contedo de Slica de Fumo de 5% e 10%, respetivamente.

Atravs dos grficos, verifica-se que a retrao autognea maior para menores razes A/C e,

isto vlido tanto para betes sem Slica de Fumo como para betes apresentando contedos de

Slica de fumo de 5% e 10%.

Nos betes que no apresentam slica de fumo, possvel observar que ocorre um aumento

significativo da retrao autognea para razes A/C de 0,26 e 0,30. Contudo, tanto para a

situao b) como para a situao c), verifica-se que a Slica de fumo fez aumentar

significativamente a retrao autognea.

Os betes com baixa razo A/C e incorporando slica de fumo, tm sido utilizados para atingir

maior resistncia e durabilidade. Contudo, estes betes apresentam uma maior tendncia para

desenvolver fissuras durante o endurecimento, sendo estas atribudas, em parte, retrao

autognea [43].

Figura 3.9 - Efeito da razo A/C na retrao autognea do beto (adaptado de [43])

Idade (dias)

Retr

a

o A

uto

gn

ea

(mic

roex

ten

so)

(a) (b) (c)

3. Retrao

26

3.2.3.1.3. Adies

Escrias de alto-forno

Atravs de um estudo realizado, Tazawa e Miyazawa [41] concluram que num cimento Portland

ordinrio contendo escria de alto-forno, a retrao autognea aumenta medida que a

percentagem de cimento substitudo por escria aumenta at 90%. Isto , quanto maiores forem

as percentagens de substituio, maior a retrao autognea em idades posteriores.

Expansivos

Tazawa e Miyazawa [41] verificaram que a retrao autognea tambm observada em cimentos

que contm expansivos e ocorre mesmo quando no existe secagem. O estudo foi realizado

substituindo 10% do cimento Portland por quatro tipos diferentes de expansivos e para uma

relao A/C de 30%.

Hori e Morioka [44] estudaram os efeitos da compensao da retrao autognea de dois tipos de

argamassa de alta fluidez contendo diferentes ligantes, preparados pela adio de dois tipos de

expansivos, variando o contedo do mesmo. Neste estudo, referem que a adio do expansivo foi

eficaz para a compensao da retrao autognea de uma argamassa de alta fluidez. Contudo,

esta compensao da retrao autognea depende dos tipos de ligantes utilizados.

Bjntegaard [45] estudou o fenmeno da expanso e refere que este pode no ser um fenmeno

real. Desta forma, importante referir que altas razes A/C (> 0,40) podem produzir expanso

inicial, embora isto no seja claro, pois pouco provvel que variaes relativamente pequenas

de razes A/C alterem os mecanismos de deformao autognea, fundamentalmente da retrao

para a expanso. Porm, pensa-se que a expanso esteja relacionada com o ligante ter acesso

gua a partir de fontes internas (a partir do agregado poroso ou exsudao interna) ou externas

(de reabsoro da gua exsudada).

Slica de fumo

Estudos efetuados revelam que a retrao autognea aumenta medida que a relao A/C

diminui e medida que o contedo de Slica de fumo aumenta.

3. Retrao

27

Zhang et al. [43] estudaram a influncia da Slica de fumo, para um beto com 10% de Slica de

fumo e para uma razo A/C de 0,26, 0,30 e 0,36, respetivamente.

Nos grficos da Figura 3.10, verifica-se que a retrao autognea maior para maiores

contedos de Slica de fumo, tanto para betes com razo A/C de 0,26, como para betes com

razo A/C de 0,30 e 0,35.

possvel observar que, para os primeiros 7 dias, a retrao autognea praticamente igual, para

contedos de Slica de fumo de 5% e 10%, nas diferentes razes A/C. Para o beto sem Slica de

fumo e com uma razo A/C de 0,35 verifica-se uma diminuio significativa da retrao. Neste

mesmo beto, a partir dos 14 dias, verifica-se que os valores da retrao autognea apresentam-

se constantes at aos 98 dias de idade, enquanto para as outras razes A/C, a retrao continua a

aumentar significativamente.

Observa-se tambm, tal como em estudos anteriores, que a retrao autognea aumenta quando a

razo A/C diminui e quando o contedo de SF aumenta.

3.2.3.1.4. Adjuvantes

Tazawa e Miyazawa [41] referem que os superplastificantes originam uma reduo da retrao

autognea. No estudo realizado, utilizaram cinco tipos diferentes de superplastificantes e

Figura 3.10 - Efeito do contedo de Slica de fumo na retrao autognea do beto (adaptado de [43])

Idade (dias)

Retr

ao A

uto

gn

ea

(mic

roexte

ns

o)

(a) (b) (c)

3. Retrao

28

observaram que as diferenas dos valores da retrao entre os vrios superplastificantes foram

pequenas. Da mesma forma, concluram que modificando a dosagem, o efeito desta na retrao,

tambm foi pequena.

Pensa-se que estas redues na retrao podem ser devido aos efeitos ligeiros dos

superplastificantes sobre a taxa de hidratao [41].

3.2.3.1.5. Finura do cimento

Um gro mais fino do cimento leva a uma maior retrao, comeando esta numa idade precoce.

Desta forma, um cimento com uma finura de 5570 cm2/g ou mais, sofre uma retrao autognea

de 1000 a 1200 x 10-6

, s 24 horas [41].

Tazawa e Miyazawa [41] tambm referem que a finura da escria de alto-forno afeta a retrao

autognea. Estes verificaram que quando a finura da escria de 4000 cm2/g ou mais, a retrao

autognea do cimento que contm a escria, com uma percentagem de substituio at 70%,

aumenta at 120 dias.

Por outro lado, num estudo realizado anteriormente, Tazawa et al. [46] observaram que a

retrao no aumentou quando foi usada uma escria com uma finura de 3000 cm2/g.

3.2.3.1.6. Aumento da temperatura

Um dos fatores que afetam o ponto onde se inicia a retrao autognea o aumento da

temperatura do beto em idades precoces devido ao calor de hidratao do cimento. O aumento

da temperatura pode resultar num aumento do volume do beto [43].

Mak et al. [47] verificaram que um aumento de temperatura de 15C teve, em alguns betes, um

impacto significativo de 25% a 50%, na reduo da retrao autognea em idades precoces.

Por outro lado, num estudo posterior, Zhang et al. [43] verificaram que a retrao autognea

mxima em idades precoces, aps correo da temperatura, ocorreu perto do momento em que o

beto atingiu a temperatura de pico, apresentando valores relativamente elevados (Figura 3.11).

Aitcin [37] refere que, um beto com uma razo A/L baixa apresenta uma expanso nas

primeiras horas de endurecimento. Esta expanso trmica ir ser maior do que a retrao

3. Retrao

29

autognea. Contudo, a retrao autognea ultrapassa rapidamente a expanso trmica e, desta

forma, um beto com baixa razo A/C retrai depois de ocorrer a fase inicial da expanso.

3.2.3.2. Relao entre a retrao qumica e a retrao autognea

Tazawa et al. [48] verificaram que, a maior parte da retrao qumica transforma-se em vazios de

ar internos dentro pasta de cimento endurecido e a retrao autognea consiste numa parte muito

pequena da retrao qumica, tal como mostrado na Figura 3.12.

Posteriormente, Tazawa et al. [49] verificaram que a retrao qumica no est relacionada com

a mudana de volume macroscpica do cimento ou do beto pois, a mudana de volume

macroscpica que ocorre simultaneamente com a retrao qumica, tanto pode ser expansiva

como de retrao. Desta forma, observaram que a retrao qumica em idades muito precoces

normalmente muito maior do que a retrao autognea (na ordem de 10 a 100 vezes).

Figura 3.11 - Variao da temperatura e a retrao autognea para um beto

com razo A/C de 0,30 (Temperatura de referncia=30C) (adaptado de [43])

Idade (horas)

Idade (horas)

Retr

a

o A

uto

gn

ea

(mic

roex

ten

so

) T

em

per

atu

ra (

C)

3. Retrao

30

Na Figura 3.13 est esquematicamente representada a relao entre a retrao qumica e a

retrao autognea, sem evaporao e sem entrada exterior de gua [40].

Figura 3.12 - Retrao qumica e a formao dos vazios intrnsecos (adaptado de [49])

Figura 3.13 - Relao entre a retrao qumica e a retrao autognea (adaptado por [30] a partir de [40])

Red

uo d

e v

olu

me (

%)

Idade (dias)

3. Retrao

31

Esta relao tambm pode ser descrita atravs da equao 3.4 [40]:

(3.4)

Onde:

Sp o coeficiente de volume de vazios criados no processo de hidratao em relao ao volume

de pasta endurecida (%).

Sas o coeficiente de retrao autognea (%).

Scs o coeficiente de retrao qumica no tempo de incio de presa (%).

Uma vez que o termo Scs corresponde deformao na fase lquida, para aplicaes prticas o

Scs calculado atravs da equao 3.5:

(3.5)

O somatrio dos coeficientes na equao 3.4, no exatamente igual ao coeficiente da retrao

qumica pois, para o clculo da retrao qumica, o volume inicial o verificado no final da

amassadura, enquanto para o clculo da retrao autognea o verificado no incio de presa.

Na Figura 3.14 est esquematicamente representada a relao entre a retrao qumica e a

retrao autognea na direo horizontal, pois, em situaes em que o efeito da gravidade no

seja desprezvel, a variao de comprimento na direo vertical diferente da variao de

comprimento na horizontal.

3. Retrao

32

Em que:

A gua no combinada com o cimento

C Cimento no hidratado

Prh Produtos hidratados

Vh Vazios gerados durante a hidratao

3.2.4. Retrao por Secagem

No passado, o termo retrao por secagem foi usado para incluir tanto a retrao por secagem

como a retrao autognea. Desta forma, uma amostra que no esteja submetida a uma carga

aplicada e a alteraes de temperatura, sob condies de secagem, inclui tanto a retrao por

secagem como parte da retrao autognea [43].

A retrao por secagem ocorre devido s variaes do teor de humidade que envolvem mudanas

de volume. Desta forma, uma diminuio do teor de humidade envolve uma reduo de volume,

denominado retrao. Por outro lado, um aumento do teor de humidade, ou seja, a absoro,

vai originar um aumento de volume denominado expanso.

Figura 3.14 - Relao entre a retrao qumica e a retrao autognea na direo horizontal (adaptado por [30] a partir de [40])

3. Retrao

33

Na Figura 3.15 apresenta-se uma descrio esquemtica das variaes de volume de beto,

submetidos a ciclos alternados de secagem e molhagem. Pode verificar-se que a retrao mxima

ocorre na primeira secagem e, uma parte considervel da retrao irreversvel, no sendo

recuperado parte da diminuio do volume com uma posterior molhagem. No entanto, na prtica,

a distino entre retrao reversvel e irreversvel no de grande importncia pois,

usualmente o termo retrao refere-se mxima retrao que ocorreu na primeira secagem

[50].

3.2.4.1. Mecanismo da Tenso Capilar

Soroka [50] explica que o fenmeno da tenso capilar, na secagem do beto, implica a formao

de um menisco nos capilares do cimento endurecido, provocando tenses de trao na gua

capilar que, por sua vez, devem ser equilibradas por tenses de compresso no slido

circundante. A formao deste menisco, sujeito a tenses de compresso, provoca uma

dimin

tese - influência da utilização de retardadores na retraccao do betao

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