Revista Engenharia Civil
“Reparação com Argamassa de Pilares de Betão Armado”
M. Margarida Côrrea; João C. Vinagre; Regina H.F. de Souza
Universidade do Minho, Portugal, 2004
n. 20, p. 17-29
Reparação com argamassas de pilares de betão armado
M. Margarida Corrêa1, João Vinagre2
Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa
Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal
Regina H. Souza3
Universidade Federal fluminense, Departamento de Engenharia Civil,
Niterói, Brasil
RESUMO
Neste artigo apresenta-se, de forma resumida, um trabalho desenvolvido pelos autores
que pretende analisar o comportamento de pilares de betão armado reparados com argamassa,
avaliando a importância das propriedades dos materiais envolvidos neste tipo de
intervenção [1]. Para tal, procedeu-se à execução e reparação estrutural de modelos reduzidos
de pilares de betão armado, posteriormente ensaiados até à rotura, tendo sido avaliados dois
tipos de argamassas de reparação: uma cimentícia e outra polimérica.
O estudo consistiu na análise dos resultados obtidos nos ensaios e na comparação entre
as diferentes soluções de reparação testadas, tendo-se verificado a qualidade e a eficácia do
funcionamento conjunto e do comportamento da interface de ligação à compressão.
Dado que as propriedades dos materiais envolvidos têm grande importância na
interacção entre o betão e o material de reparação, procedeu-se à realização de ensaios de
caracterização dos materiais, à avaliação da aderência entre a argamassa e a superfície do
betão e à determinação da retracção das argamassas e do betão, ao longo do tempo.
1. INTRODUÇÃO
A reabilitação de estruturas apresenta inúmeras vantagens sendo de realçar, em termos
económicos, a possibilidade de prolongar a vida útil das estruturas e, em termos ambientais,
evitar o consumo desnecessário de energia e materiais.
Apesar da constante evolução das técnicas e dos materiais de reparação, muitas
estruturas sofrem repetidas intervenções. Além das dificuldades associadas à falta de mão-deobra especializada, que pode comprometer a qualidade da aplicação de tais produtos, os
fabricantes dos sistemas de reparação nem sempre fornecem todas as informações técnicas
indispensáveis à sua correcta aplicação [2]. Vários autores têm ressaltado a importância da
ligação de materiais com diferentes propriedades, como é o caso dos materiais de reparação e
1
Mestre pelo Instituto Superior Técnico, UTL ([email protected])
Professor Auxiliar do Instituto Superior Técnico, UTL; Director da Escola Superior de Tecnologia do Barreiro
(joã[email protected])
3
Professora Titular do departamento de Engenharia Civil, universidade Federal Fluminense, Niterói
([email protected])
2
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o betão [3, 4, 5]. Por isso, continua a ser necessária a execução de estudos detalhados sobre
este tipo de produtos, principalmente no que se refere ao comportamento estrutural da
reparação.
O principal objectivo do trabalho foi o de avaliar, experimentalmente, o
comportamento estrutural à compressão simples de pilares de betão armado reparados com
argamassa, por forma a verificar-se se esta solução permitiria restabelecer a capacidade
resistente do elemento estrutural.
O trabalho inseriu-se num programa de investigação realizado no Instituto Superior
Técnico, da Universidade Técnica de Lisboa, relativo ao comportamento de pilares de betão
armado reparados com argamassa. Ao todo foram ensaiados onze pilares e testados dois tipos
distintos de argamassa de reparação: uma cimentícia (Tipo 1) e outra polimérica (Tipo 2). Um
dos pilares não foi reparado (considerado como modelo de referência), cinco foram reparados
na região central, em duas faces opostas (Tipo A) e os outros cinco modelos foram reparados
também na região central, mas em todo o seu perímetro (Tipo B). No presente artigo serão
apresentados somente os resultados dos modelos Tipo A, reparados com os dois tipos de
argamassas (Tipo 1 e Tipo 2), procedendo-se à comparação com os do pilar de referência.
2. DEFINIÇÃO E EXECUÇÃO DOS MODELOS
2.1 Geometria dos modelos
Os pilares foram executados com 1,40 m de altura e com uma secção transversal de
0,15 ×0,15 m2, alargada nas extremidades para 0,15 × 0,25 m2. Esta geometria foi adoptada
para afastar a zona de rotura das extremidades dos corpos de prova e garantir a não existência
de efeitos localizados. Por outro lado, os cabeçotes permitiram um melhor apoio na prensa de
ensaio, melhorando a distribuição de tensões e a transmissão do carregamento. Os pilares
foram moldados deixando, na região central, uma secção transversal de 0,15 × 0,40 m2 e
0,035 m de espessura, preenchida com poliestireno expandido, a fim de simular a zona a ser
reparada e evitar trabalhos de corte do betão (com a possível introdução de danos não
desejados). Na figura 1 apresenta-se a geometria dos modelos de referência e a reparar.
PILAR TIPO A
0.25
0.50
0.30
1.00
0.40
1.40
0.035
SECÇÃO
TIPO A
0.10
0.10
0.080
0.10
0.10
0.15
0.035
PILAR DE REFERÊNCIA
0.15
0.40
0.15
0.30
0.50
0.10
0.10
0.05
0.15
0.05
0.10
0.10
Figura 1 - Vista e secção longitudinal dos pilares de referência e Tipo A.
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0.23
0.02
0.045
=
=
0.045
0.10
=
=
=
=
=
=
=
=
0.10
φ10 c/1.37m
0.15
0.15
0.045
=
=
0.045
0.02
0.08
4 φ6 c/1.31m
0.31
0.10
1.40
0.36
0.13
15 φ6 c/0.66m
0.13
8 φ6 c/0.37m
0.12
0.13
0.25
Figura 2 – Pormenorização de armaduras dos pilares.
Para todos os modelos foi adoptada a mesma pormenorização, conforme representado
na figura 2. Optou-se pela execução de uma cofragem única, colocada horizontalmente, para
limitar eventuais dificuldades de betonagem, obter maior rigidez do conjunto e,
consequentemente, contribuir para uma melhor qualidade dos elementos produzidos.
Figura 3 - Cofragem conjunta de todos os pilares.
O betão empregue na execução dos modelos apresentou boa consistência plástica e foi
satisfatoriamente colocado e compactado com o auxílio de um vibrador. A cura do betão foi
controlada através de molhagens sucessivas e da aplicação de membranas adequadas.
2.2 Materiais de reparação e nomenclatura adoptados
Foram utilizadas argamassas de alta resistência, não retrácteis, reoplásticas e
tixotrópicas, com boa trabalhabilidade e aderência às superfícies a reparar. Estas argamassas
foram designadas por Tipo 1 (argamassa cimentícia) e por Tipo 2 (argamassa polimérica). Na
tabela seguinte apresenta-se a designação adoptada para os modelos executados, em função do
tipo de argamassa utilizada e do tipo de intervenção.
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Tabela 1 - Nomenclatura dos pilares.
Argamassa de Reparação
Tipo de geometria
da secção central
Designação
PR
Argamassa 1
(cimentícia)
Argamassa 2
(polimérica)
Pilar de referência (sem reparação)
TIPO A
P1A1
P2A1
P1A2
P2A2
P3A2
2.3 Reparação dos pilares
Vinte e oito dias após a betonagem, o poliestireno expandido foi removido conforme
se observa na figura 5. A superfície do betão nessa região foi preparada com martelo de
agulhas, de modo a obter uma rugosidade que, não devendo ser excessiva, aumentasse a
superfície de contacto e melhorasse a aderência da argamassa de reparação ao betão. Antes da
colocação da argamassa de reparação, a superfície foi limpa e saturada com água, até atingir
uma cor mate, sendo o excesso removido com uma esponja. A argamassa de reparação foi
preparada conforme as recomendações do fabricante e aplicada de modo a imprimir boa
compactação, para garantir uma boa aderência e continuidade entre os materiais.
Todas as superfícies livres foram cuidadosamente curadas através de mangueiras com
temporizadores e cobertas com plástico, mantendo as superfícies húmidas.
Figura 5 – Aspecto da superfície do pilar após a retirada do EPS e trabalhos de preparação da
superfície a reparar com martelo de agulhas.
Figura 6 – Reparação dos pilares.
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3. SISTEMA DE ENSAIO E INSTRUMENTAÇÃO
Com o objectivo de se verificar a eficácia do reforço, os pilares foram instrumentados
externa e internamente, permitindo obter os deslocamentos (verticais e transversais) e as
deformações do betão, da argamassa e das armaduras, ao longo dos ensaios.
Na Figura 7 apresenta-se uma fotografia de um modelo no início do ensaio, bem como um
desenho esquemático do posicionamento dos transdutores verticais e horizontais, utilizados
para o registro dos deslocamentos. Para melhor compreensão dos gráficos posteriormente
apresentados foi adoptada como positiva (+) a direcção da seta indicativa dos transdutores.
T3
T4
T1
T2
Figura 7 - Localização dos transdutores verticais (T1, T2) e transversais (T3, T4)
Com a finalidade de se obterem informações sobre as deformações médias das fibras
do betão e das argamassas, foram instalados extensómetros eléctricos de resistência nas suas
superfícies (posições 9 a 16, da figura 8, embora no pilar de referência não tenham sido
colocados os extensómetros 10 e 12, por questões de economia).
As deformações médias nas armaduras foram também medidas através da colocação de
extensómetros eléctricos dispostos na secção central (posições 3, 4, 5 e 6, na zona reparada da
figura 8) e em duas secções próximas das extremidades do pilar (1, 2, 7 e 8, da mesma figura).
Para a execução dos gráficos adoptaram-se como positivas (+) as deformações nas armaduras,
nas fibras do betão e da argamassa, associadas a tensões de compressão.
P ILA R DE R EFE RÊN CIA
(P R)
P ILAR TIPO A
15
15
1
1
2
2
13
5
3
4
3
6
11
9
14
7
13
10 5
4 12
11
9
14
7
6
8
8
16
16
Figura 8 - Localização dos extensómetros nas armaduras longitudinais, nas superfícies de
betão e de argamassa nos diversos modelos de pilares.
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Para a realização dos ensaios à compressão dos modelos recorreu-se a um sistema de
carga que permitisse realizar ensaios à compressão até um limite de 1 000 kN.
Chapa 0.40x0.40x0.015
Célula de carga
Chapa 0.40x0.40x0.05
Modelo a ensaiar
Chapa 0.30x0.30x0.05
Macaco hidráulico
Rótula
Chapas de ajuste
Mesa de prensa
Figura 9 - Esquema e vista geral do sistema de ensaio à compressão dos pilares.
4. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Foram testados provetes de betão e provetes de argamassas, retirados das amassaduras
de execução dos pilares e amostras dos varões de armadura, do mesmo lote dos utilizados na
produção dos modelos. Estes ensaios foram executados respeitando-se todas as normas em
vigor [8, 9, 10, 11, 12, 13].
Tabela 2 - Características mecânicas dos aços, obtidas experimentalmente.
Diâmetro
Tipo
(mm)
6
10
400NR
Secção
fsy
fsu
(mm2)
(MPa)
(MPa)
28,3
726
743
400NR
78,5
630
fsy - tensão de cedência; fsu - tensão de rotura
664
Foram realizados ensaios para determinar as resistências à compressão (fc) — a partir
de cilindros, para o betão, e de cubos de 4 cm de aresta, para as argamassas —, à tracção por
compressão diametral (fctm,ts) e por flexão (fctm,fl) — em prismas com secção de
0,04 × 0,04 × 0,16m3 — o módulo de elasticidade em compressão (Ecm), o coeficiente de
Poisson (ν), a aderência — pull-off test — (τad) e a retracção. Os provetes para medição da
retracção foram acondicionados em dois ambientes: ambiente do laboratório e em câmara
condicionada com 50% de humidade relativa.
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Material
Tabela 3 - Características dos materiais obtidos com os ensaios.
Retracção
(28dias)
Idade
fcm
fctm,ts
fctm,fl
Ecm
τad
(dias)
Betão
Argamassa 1
(cimentícia)
Argamassa 2
(polimérica)
(MPa)
(MPa)
(MPa)
28
28,3
50
32,7
74
33,4
2,6
15
62,9
5,2
7,7
21
65,1
5,7
8,5
41
66,1
6,4
9,6
13
44,2
4,8
7,2
19
50,1
6,0
8,9
39
48,5
5,8
8,7
(GPa)
ν
(MPa)
2,3
33,7
26,9
23,5
(x10-3)
(x10-3)
50% H.R.
Amb. Lab.
0,486
0,407
-0,948
-0,885
-0,969
-0,635
0,26
0,20
0,21
0,83
0,81
5. ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS
Durante a realização dos ensaios dos pilares foram registados os deslocamentos e
deformações, que permitiram a caracterização do comportamento dos modelos experimentais.
Seguidamente procedeu-se a uma análise comparativa de todos os ensaios realizados,
procurando verificar-se a influência da geometria do modelo e dos materiais utilizados, de
forma a avaliar a eficácia das reparações efectuadas.
5.1 Análise simplificada de tensões
Para facilitar a interpretação dos resultados e avaliar a coerência das leituras dos
diferentes extensómetros, procedeu-se a uma análise simplificada de tensões para estimar o
nível de tensões esperados na região reparada e a região do pilar onde seriam esperadas
maiores tensões.
Admitindo a hipótese de que as secções se mantêm planas após a deformação, a
compatibilização de deformações na secção central permite escrever:
E c Ac
(1)
Nc =
⋅N
E c Ac + E s As + E a Aa
E A
E A
(2)
Na = a a ⋅ Nc ; Ns = s s ⋅ Nc
Ec Ac
E c Ac
em que:
Nc, Na, Ns – resultantes das tensões aplicadas em cada material (betão, argamassa e
armadura, respectivamente;
Ec, Ea, Es – módulos de elasticidade dos diferentes materiais;
Ac, Aa, As – áreas de cada material, na secção.
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Na Tabela 4 apresentam-se as áreas correspondentes a cada material, nas secções
reparadas, e os módulos de elasticidade dos materiais envolvidos.
Tabela 4 – Áreas e módulos de elasticidade dos materiais, nas secções centrais dos pilares.
PR
Material
Tipo A
[m2]
[m2]
Mód. Elasticidade
[GPa]
Área
0.0225
Área
0.0120
Aço
3.14E-4
3.14E-4
200.0
Argamassa 1 (Cimentícia)
-
0.0105
26.9
Argamassa 2 (Polimérica)
-
0.0105
23.5
Betão
33.7
A substituição dos valores da tabela 4 nas equações (1) e (2) conduzem à relação de
tensões apresentadas na tabela 5, expressas em percentagem da tensão no betão, nas secções
não reparadas.
Tabela 5 –Tensões na secção central do pilar, expressas em percentagem da tensão no betão,
na secção não reparada.
Secção não
reparada (%)
Secção
reparada (%)
σc
100
109
σa
-
87
σc
100
115
σa
-
80
Argamassa
Tipo 1 (Cimentícia)
Tipo 2 (Polimérica)
A análise dos resultados permite concluir o esperado agravamento de tensões no betão,
nas zonas reparadas, dado o inferior módulo de elasticidade das argamassas, acentuando-se
com a área de intervenção em relação à área inicial da secção.
5.2 Agravamento de tensões devido a efeitos de 2ª ordem
Por forma a aferir a qualidade e a grandeza relativa das deformações registadas ao
longo dos ensaios procedeu-se à estimativa da distribuição de tensões na secção central, tendo
em conta os deslocamentos laterais medidos nos transdutores T3 e T4 (ver figura 7), e os
consequentes efeitos de 2ª ordem introduzidos. Procurou-se, desta forma, avaliar qual a região
mais esforçada da secção e confrontar esses resultados com a informação recolhida. Na figura
seguinte apresenta-se, para a secção central dos pilares analisados, a localização esperada do
canto mais solicitado (a tracejado) e o posicionamento dos extensómetros mais esforçados, no
betão, na argamassa e na armadura. Como se pode constatar, é excelente a concordância entre
as leituras dos extensómetros e a estimativa de tensões, pelo que se pode concluir pela
fiabilidade dos registos.
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Ensaio
T
3
Canto
Solicitado
T
4
Ext. Betão e
Argamassa
4
PR
Ext.
Armadura
14
3
1
3/4
11
2
4
P1A1
3
1
9, 13
2
3/4
4
P2A1
3
1
11
2
9
5/6
9, 13
5/6
4
P1A2
3
1
2
4
P2A2
10
3
1
9
2
5/6
4
P3A2
3
1
2
9
5/6
Figura 10 – Posicionamento esperado do canto mais comprimido, função das leituras dos
transdutores, e extensómetro com maior registo, para cada ensaio efectuado.
5.3 Análise dos resultados experimentais
Neste item é apresentada uma análise comparativa dos pilares reparados com o pilar de
referência, considerando os materiais utilizados na reparação (Argamassas Tipo 1 e Tipo 2).
Nas Figura 11 apresentam-se imagens dos modelos após a realização dos ensaios (pilar de
referência e pilares reparados).
Figura 11 – Rotura do pilar de referência (pormenor e vista global) e dos pilares P1A1 e P2A1.
Tabela 6 – Valores das cargas últimas dos pilares.
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Modelo
Carga de Rotura (kN)
PR
P1A1
P2A1
P1A2
P2A2
P3A2
650
701
800
675
724
625
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Como se pode observar da figura 11 e da tabela 6, os pilares reparados com argamassa
Tipo 1 apresentaram o mesmo tipo de rotura (junto aos cabeçotes), tendo a carga última sido
superior à do pilar de referência. Os pilares reparados com argamassa Tipo 2 apresentaram
rotura na região reparada, com perda de aderência, descolamento da argamassa na interface
entre os dois materiais e escorregamento de um dos estribos na secção de rotura, atingindo
cargas últimas idênticas às do pilar de referência, mas inferiores à dos pilares reparados com a
argamassa Tipo 1.
Figura 12 – Rotura dos pilares P1A2, P2A2 e P3A2 (Argamassa Tipo 2).
5.4 Deslocamentos Verticais
Na Figura 13 apresenta-se a evolução dos deslocamentos verticais ao longo dos
ensaios (média das leituras medidas nos transdutores T1 e T2, ver Figura 7),
constatar-se serem semelhantes as curvas resultantes. Confirmou-se, assim, o
funcionamento global do sistema de carregamento, tendo permitido a indução
compressão uniforme nos extremos dos pilares.
diversos
podendo
correcto
de uma
900
800
700
Força (KN)
600
500
PR
400
P1A1
300
P2A1
P1A2
200
P2A2
100
P3A2
0
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
Deslocamentos (mm)
Figura 13 – Deslocamentos verticais médios dos pilares Tipo A e do pilar de referência.
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5.5 Deformações na argamassa
Na Figura 14 apresenta-se a evolução das deformações com o carregamento, medidas no
extensómetro colado na argamassa. Como se pode observar, a concavidade das curvas de
deformação dos modelos reparados indica uma excessiva deformação das argamassas na fase
inicial do carregamento. Com o aumento do carregamento (e consequente aumento de tensão
no núcleo de betão) as argamassas passaram a ter um comportamento idêntico ao do betão —
rigidez semelhante.
900
800
700
Força (KN)
600
500
400
300
PR
P1A1
200
P2A1
P1A2
100
P2A2
P3A2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Extensões (x10-6)
Figura 14 – Deformações nos pilares Tipo A e no pilar de referência, no extensómetro 9.
5.6 Deformações na secção reparada
Na figura 15 apresenta-se a comparação dos resultados médios das deformações
(medidas no betão e na argamassa) na região reparada dos pilares (valores medidos nas faces
das argamassas – extensómetro 9 - e na face correspondente de betão no pilar de referência).
As deformações médias foram obtidas a partir do cálculo das médias dos valores registados
nos pilares com idêntica geometria de reparação. Como se pode observar, ambas as
argamassas apresentam deformações muito superiores às do betão, o que se deve aos menores
valores do módulo de elasticidade que as argamassas apresentaram.
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900
800
700
Força (kN)
600
500
400
300
PR
200
A1
100
A2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Extensões (x10-6)
Figura 15 – Comparação das deformações no betão (PR) e nas argamassas (A1 e A2): médias
dos registos nos extensómetros 9.
6. CONCLUSÕES FINAIS
Neste artigo procedeu-se à apresentação de um estudo realizado com o objectivo de analisar o
comportamento de pilares de betão armado reparados com argamassas, avaliando a
importância das propriedades dos materiais envolvidos na intervenção. Procedeu-se à
apresentação dos modelos executados, bem como a caracterização materiais utilizados. Da
análise dos resultados obtidos, pode concluir-se que:
• os modelos reparados permitiram alcançar cargas de rotura idênticas ou superiores
às do pilar de referência;
• as propriedades mecânicas obtidas para as argamassas foram semelhantes às
especificadas na literatura técnica;
• os valores dos módulos de elasticidade do betão e das argamassas são
significativamente diferentes, não podendo deixar de ser considerados na análise do
comportamento da reparação;
• apesar dos elevados valores de retracção e das baixas resistências de aderência
registados, as duas argamassas permitiram a eficiente reparação dos pilares, embora
a argamassa cimentícia tenha apresentado melhor comportamento global;
• é de salientar a carência de documentos normativos que permitam a correcta
utilização destes materiais no projecto, bem como a necessidade de maior
transparência dos dados técnicos fornecidos pelos fabricantes (que por razões
comerciais, evitam dar a conhecer a totalidade das informações);
• considera-se importante a realização de novos estudos nesta área, principalmente no
que se refere à comparação com resultados de modelos analíticos, para verificação
da compatibilidade dos materiais envolvidos na reparação. No entanto, para que tal
seja possível, será necessário o correcto conhecimento das características dos
materiais.
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REFERÊNCIAS
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Vol. 42, Nº 152, Set/90.
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Reabilitação de Estruturas, REPAR 2000, Lisboa.
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Concrete Research, Vol. 42, Nº 152, Set/90.
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pilares, instrumentação, interpretação de dados, Relatórios nº 1, 2 e 4, mar/01, UFF,
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[7] Souza, R. H. F. , Análise do comportamento de vigas de betão armado reforçadas à flexão
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Lisboa, 1968.
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Laboratório de Engenharia Civil, Lisboa.
[12] Norma Portuguesa NP EN 196-1-Parte 1, “Métodos de ensaio de cimentos”, Norma
Europeia, versão portuguesa, 1996.
[13] ABNT-NBR-7222, “Argamassas e concreto, determinação da resistência à tracção por
compressão diametral de corpos de prova cilíndricos, Método de ensaio”, Brasil.
Os autores manifestam a sua gratidão às empresas Sika Indústrias Químicas SA e a
Bettor MBT Portugal pela cedência das argamassas e ao Grupo Estruturas de Betão Armado e
Pré-Esforçado, do Instituto Superior Técnico, pelo fornecimento de material e mão de obra
para a execução dos pilares e realização dos ensaios.
Número 20, 2004
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