Artigo sobre reforço estrutural com argamassa com incorporação de adições minerais

1. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 1
Argamassas para reforço estrutural com incorporação de adições
minerais
Mortars for structural reinforcement incorporating mineral additions
BORJA, Edilberto Vitorino de (1); ANJOS, Marcos Alyssandro Soares dos (2);SILVA, Italo David Galvão da
(3); CUNHA JUNIOR, Manoel Dias da (4); SANTOS JUNIOR, José Thadeu Soares (5).
(1) e (2) Professor Doutor, IFRN Campus Natal Central Departamento de Construção Civil
edilberto.borja@ifrn.edu.br ; marcos.anjos@ifrn.edu.br
(3) e (5) Aluno de Graduação - Curso de Tecnologia em Construção de Edifícios, IFRN Campus
Natal
sgdi2@yahoo.com.br ; thadeusoares_jr@hotmail.com
(4) Professor Mestre, IFRN Campus Natal Central Departamento de Construção Civil
manoel.cunha@ifrn.edu.br
Resumo
Neste trabalho, discute-se e analisa-se a viabilidade da aplicação da cinza de biomassa da
cana-de-açúcar (CBC), em argamassas de reparo/reforço estrutural, como adição mineral. O
potencial pozolânico deste material, evidenciado nos estudos de Borja (2011) e Anjos e Borja
(2010), apresenta-se com 78% de sílica em sua composição. Os cinco traços aqui
analisados foram baseados nos estudos realizados por Freitas et al. (2011), fazendo-se
uso apenas de argamassas com adição de CBC, em substituição parcial ao cimento, na
sua composição, nas proporções de 5%, 10%, 15% e 20%, além do traço padrão (sem
resíduo da CBC). Manteve-se a relação água-cimento constante em relação aos materiais
finos (cimento + CBC), variando-se os aditivos minerais (plastificantes e superplastificantes)
objetivando a trabalhabilidade da mistura frente aos padrões sugeridos, porém adaptados, por
OKAMURA (1988), para argamassas para concretos autoadensáveis. O CBC, segundo
resultados aqui analisados, manteve o desempenho das argamassas com as proporções de
5% e 10%. Já a argamassa com 15% de CBC melhorou o desempenho e, na argamassa com
20% de CBC, observou-se um pequeno decréscimo nas propriedades analisadas. Todas as
análises tomaram como referência o traço padrão.
Palavra-Chave: Argamassa ; Reforço Estrutural; Cinza de Biomassa da Cana-de-Açúcar
Abstract
This work discusses and analyzes the feasibility of applying this suggarcane biomass ash,
in structural mortar to repair/reinforcement, with mineral admixture. The potential of
pozzolanic material, confirmed by the results shown in studies by Borja (2011) and Anjos
and Borja (2010), presents with 78% silica in its composition. The suggarcane biomass
ash (SBA) has contributed, according to mechanical and chemical tests, the performance
of mortars containing 5%, 10%, 15% and 20% of SBA compared with structural mortar
with none additions. Factor remained constant water-cement ratio for thin materials
(cement + SBA), varying the mineral additives (plasticizers and superplasticizers) aiming
at the workability of the mix compared to the standards suggested, but adapted by
Okamura (1988). The tests showed that the partial replacement of cement by the SBA did
not affect significantly their mechanical properties.
Keywords: Structural Mortar To Repair And Reinforcement With Suggarcane Biomass Ash

2. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 2
1 Introdução
O fenômeno da deterioração é, indiscutivelmente, uma das maiores preocupações
com relação aos materiais utilizados na construção civil. Não raramente os elementos
estruturais de uma edificação – em particular os de concreto – apresentam o que se
convencionou chamar de patologia (AZEVEDO, 2011), problema que pode se manifestar
sob a forma de fissuras, corrosão das armaduras, lixiviação do concreto, manchas,
eflorescências dentre muitas outras.
As causas dessas falhas são diversas, podendo se situar na concepção do projeto,
através de erros de cálculo ou mesmo quando o fator economia sobrepuja o fator
segurança, produzindo estruturas demasiado esbeltas; na qualidade dos materiais
envolvidos, na qual reincide a pressão econômica, verificada na etapa da concepção; na
execução da obra, que freqüentemente é realizada por mão-de-obra não qualificada; e
mesmo na utilização indevida ou não prevista da edificação (Souza & Ripper, 1998). Seja
qual for a causa, entende-se que uma estrutura prematuramente deteriorada não pode
atender a todas as solicitações para as quais foi projetada, além de acarretar
desvalorização do imóvel e, em casos mais extremos, risco de desabamento.
Outro fato que não se pode desconsiderar é a idade das construções em concreto
no Brasil. O concreto armado, por exemplo, foi largamente empregado em inúmeros
prédios da capital brasileira, na década de 1950, e a partir daí em todas as outras grandes
cidades, aumentando a necessidade de serviços de reparo/reforço nessas estruturas
atualmente (Vaske, 2005). Um agravante desse fato é o não conhecimento, por parte dos
antigos construtores, de determinadas patologias cujas manifestações são observadas
somente em longo prazo, a exemplo da Reação Álcali-Agregado.
Deste modo, o estudo de argamassas para reforço e reparo é um ramo da
engenharia em que vem ganhando grande importância nos últimos anos, sendo bastante
recorrente na produção acadêmica e, apesar disso, essa técnica ainda se baseia muito na
experiência dos profissionais que a utilizam no dia-a-dia ou esporadicamente (Reis,
2001).
Este trabalho apresenta resultados de um estudo sobre argamassa de
reparo/reforço estrutural no que concerne a elaboração, aplicação e desempenho dessa
tecnologia, avaliando suas principais características, as quais abrangem comportamento
reológico, resistência mecânica, durabilidade e composição micro-estrutural.
A viabilidade econômica e a redução do impacto ambiental na produção de
argamassa foram também enfatizadas, uma vez que houve a incorporação de adições
minerais (cinza de biomassa da cana-de-açúcar - CBC), subproduto agroindustrial
amplamente gerado e cujo fim seria o descarte em locais impróprios, culminando em risco
de contaminação do solo e fontes de água. Além de proporcionar a diminuição desses
impactos ambientais diretos, a utilização das adições, em substituição parcial do cimento,
acarreta como conseqüência a redução da poluição causada pela indústria cimentícia,
diminuindo em cerca de 15% a quantidade de CO2 emitido na atmosfera durante a
produção do cimento (Dal Molin, 2011).
Concomitantemente, por meio do estudo da melhor proporção ou combinação dos
citados materiais, foram analisados os possíveis benefícios trazidos a argamassa de
reparo/reforço pela adição, sua atividade química e seu efeito físico.

3. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 3
2 Programa Experimental
Os traços aqui analisados foram baseados nos estudos realizados por Freitas et al.
(2011), que analisaram argamassas para concretos autoadensáveis com adição de CBC
e metacaulim na sua composição.
Frente à análise dos resultados obtidos nos estudos dos autores acima citados,
principalmente com relação à resistência mecânica, verificou-se a aplicabilidade dessas
argamassas para reparos e reforços estruturais.
Para este estudo, foram adicionados apenas a CBC em substituição parcial ao cimento.
As dosagens experimentais adotadas (traços unitários) estão especificadas na tabela 1.
Tabela 1: Quantidade dos Materiais e Nomenclaturas dos traços.
Nomenclatura
Descrição (% das
adições)
Cimento CBC Areia Água
Áditivos
(%)
Superplastificante
(Glenium 218)
Plastificante
(MX 390N)
AREF_00C 0% de CBC 1,00 0,00 0,89 0,45 0,3 0,3
AREF_05C 5% de CBC 0,95 0,50 0,89 0,45 0,3 0,6
AREF_10C 10% de CBC 0,90 0,10 0,89 0,45 0,3 0,6
AREF_15C 15% de CBC 0,85 0,15 0,89 0,45 0,5 0,3
AREF_20C 20% de CBC 0,80 0,20 0,89 0,45 0,5 0,3
A variação das quantidades de aditivos superplastificantes e plastificantes foram obtidas
através do método de tentativas e erros, uma vez que se tinha como exigência inicial,
para as argamassas analisadas, valores específicos de espalhamento a serem obtidos
(260 a 330 mm) no ensaio de espalhamento da argamassa com forma metálica tronco-
cônica, adaptada segundo o método de Okamura (OKAMURA e OUCHI, 2003) e sem a
ocorrência de segregação dos materiais. Na figura 1, ilustra-se as dimensões da forma
metálica tronco-cônica e indicações das medidas ortogonais (d1 e d2) realizadas no
ensaio.
Figura 1 – Dimensões da forma tronco-cônica utilizada e indicações das medidas ortogonais (d1 e d2), no
ensaio de espalhamento da argamassa.

4. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 4
Adotou-se também o ensaio do funil Marsh como exigência do comportamento reológico
da argamassa, que mede o tempo de escoamento, em segundos, da argamassa até o
preenchimento de 1 (um) litro (figura 2). Este ensaio serviu de parâmetro para análise
comparativa da fluidez do material, uma vez que, em se tratando de material para reparos
ou reforço, necessita de reologia adequada para aplicação em elementos estruturais com
altas taxas de armadura, visando também sua possível aplicação através do processo de
bombeamento.
Figura 2 – Ensaio de escoamento Funil Marsh.
Após a caracterização reológica dos traços, foram moldados para cada mistura, 18
corpos-de-prova prismáticos de 4cm x 4cm x 16cm, distribuídos da seguinte forma: 06
amostras para ensaios mecânicos (flexão e compressão), 06 amostras para módulos de
elasticidade e 06 amostras para ensaios de capilaridade por absorção de água.
2.1 Materiais - caracterização
A caracterização física e química dos materiais utilizados na pesquisa obedeceu às
recomendações da ABNT.
3.2.2 Cimento Portland e CBC
Utilizou-se, para produção das argamassas de reparo/reforço, o cimento Portland
composto tipo CP-II F 32 RS, com massa específica igual a 2940 kg/m³, massa unitária
igual a 1000 kg/m³ e área específica (Blaine) de 3190 cm²/g. As propriedades físicas da
CBC foram tomadas iguais as apresentadas em Freitas et al. (2011), uma vez que
utilizou-se do mesmo material para esta pesquisa, e estão apresentadas na tabela 2.

5. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 5
A cinza de biomassa foi moída por 03h30minh e depois submetida ao processo de
peneiramento na peneira de 200 mesh (75µm) visando uma redução na finura e retirada
das partículas indesejáveis (resíduos), antes de ser adicionada à argamassa.
Tabela 2 – Massa Específica e Massa Unitária da CBC.
Cinza de biomassa da cana-de-açúcar
(CBC)
Massa Unitária (kg/m³) 0,66
Massa Específica (kg/m³) 2,49
A composição química da CBC está apresentada na tabela 3, obtida através da realização
de fluorescência de raios-X por energia dispersiva.
Tabela 3 – Composição química, em %.
Composto Cinza de biomassa
SiO2 72.69
Fe2O3 9,61
Al2O3 6,91
K2O 4,71
SO3 0,92
TiO2 0,72
CaO 2,84
MgO -
Outros 1,28
3.2.3 Agregado miúdo
A areia utilizada foi proveniente de depósitos sedimentares do rio Potengi-RN. A
classificação granulométrica (NBR NM 248), apresentando módulo de finura igual a 1,41,
classificada como areia muito fina, massa específica igual a 2620 kg/m³ (NBR NM 45,
2006) e massa unitária de 1570 kg/m³ (NBR NM 52, 2009). A curva granulométrica
encontra-se ilustrada na figura 3.

6. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 6
0.01 0.1 1 10 100
0
20
40
60
80
100
PENEIRA (mm)
PORCENTAGEMRETIDAACUMULADA
ZONA 1 - AREIA MUITO FINA
Figura 3 – Curva granulométrica da areia.
2.2 Métodos
Utilizou-se misturador mecânico para homogeneização das argamassas. Inicialmente,
colocavam-se os materiais secos (cimento, adição e agregado) e posteriormente, 50% da
água de amassamento. Após completa homogeneização, adicionavam-se os aditivos
(plastificantes e superplastificantes) diluídos no restante da água de amassamento.
Após a realização dos ensaios de espalhamento e escoamento (tronco-cônico e funil
Marsh, respectivamente), moldavam-se as amostras prismáticas.
Em caso de não ser observados resultados de comportamento desejado para estes dois
ensaios iniciais, faziam-se novas dosagens com alteração nas quantidades de aditivos.
Decorrido 24h, foram realizados ensaios de massa específica na condição superfície
saturada seca e determinação do módulo de elasticidade dinâmico, através de medidor de
velocidade de pulso ultrassônico, modelo 58 – E0048, em acordo com a NBR 15630
(2008).
Os ensaios de resistência à tração na flexão e resistência à compressão foram realizado
nas amostras prismáticas na idade de 28 dias.
3 Resultados e Discussão
3.1 Argamassa no estado fresco
Os ensaios realizados com as argamassas de reforço no estado fluido foi o ensaio de
espalhamento e ensaio de escoamento. A quantidade de água de amassamento utilizada
no início da hidratação está intimamente ligada ao volume de vazios capilares produzidos
na pasta. No momento da mistura dos traços, observou-se que não houve exsudação e
ou segregação.

7. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 7
Na tabela 4 ilustram-se os diâmetros médios de espalhamento e o tempo de escoamento
das argamassas pelo funil Marsh para preenchimento de recipiente volumétrico de 1 litro.
Os valores apresentados foram obtidos com variações dos aditivos superplastificantes e
plastificantes, através do método de tentativas e erros. Buscou-se deixar, para o ensaio
de espalhamento valores de diâmetros entre 260mm a 330mm e para o ensaio de tempo
de escoamento da amostra no funil Marsh inferior a 90 segundos. O traço AREF_20C
ficou com tempo de escoamento ligeiramente superior a 90 segundos, no entanto, não
apresentou exsudação ou segregação dos materiais.
Tabela 4: Ensaio de espalhamento e tempo de escoamento.
Nomenclatura
Escoamento
(segundos)
Diâmetro de Espalhamento
(mm)
Áditivos
(g)
Superplastificante
(Glenium 218)
Plastificante
(MX 390N)
AREF_00C 18 275 5,04 5,04
AREF_05C 25 265 5,04 10,08
AREF_10C 28 263 5,04 10,08
AREF_15C 25 290 8,64 5,04
AREF_20C 96 310 8,64 5,04
Na figura 4 observa-se a massa específica após 1 dia de moldagem das cinco dosagens
estudadas. Os valores apresentados são a média aritmética de seis determinações para
cada traço. Todas as argamassas de reforço apresentaram massa específica, após 1 dia,
valores próximos entre si, inferindo-se a não interferência da CBC na massa específica,
pelo menos para pouca idade, especificamente 1 dia após moldagem.
2099 2075 2087 2107 2072
0
500
1000
1500
2000
AREF_00C AREF_05C AREF_10C AREF_15C AREF_20C
M.E.CondiçãoSSS-1DIA(kg/m³)
Figura 4. Massas específicas após 1 dia de moldagem.
3.2 Argamassa no estado endurecido
3.2.1 Massa específica na condição superfície saturada seca (SSS)

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As massas específicas na condição superfície saturada seca encontram-se listadas na
tabela 5. Os valores apresentados também representam a média aritmética de seis
determinações para cada traço analisado.
Tabela 5 – Massas específicas na condição superfície saturada seca (kg/m³)
Traço 28 dias
AREF_00C 2100
AREF_05C 2094
AREF_10C 2086
AREF_15C 2093
AREF_20C 2074
Em todas as formulações, não houve aumento considerável da massa específica
(condição SSS) com o passar do tempo, sugerindo que durante o processo de hidratação
da pasta cimentícia, os vazios deixados pela água de amassamento foram substituído
pelos produtos de hidratação do cimento, não interferindo na densidade da massa
cimentícia.
3.2.2 Módulo de elasticidade dinâmico – massa específica aparente úmida
O módulo de elasticidade dinâmico foi analisado para todas as argamassas nas idades de
1, 7, 14, 21 e 28 dias e encontram-se ilustrados na figura 5.
0 10 20 30
0
5
10
15
20
25
30
TEMPO (dias)
MÓD.ELAST.DINÂMICO(GPa)
AREF_00C
AREF_05C
AREF_10C
AREF_15C
AREF_20C
Figura 5. Módulos de Elasticidade Dinâmico (GPa).

9. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 9
A evolução do módulo de elasticidade dinâmico, em função do tempo, não apresentou
divergência considerável nos traços analisados, atingindo, aos 28 dias, valores próximo
de 27 GPa.
3.2.3 Resistência à tração na flexão e resistência à compressão
As amostras foram ensaiadas à tração na flexão segundo a norma NBR 13279 (2005),
aos 28 dias. Os resultados da resistência à tração na flexão encontram-se listados na
figura 6. Os resultados apresentados representam uma média aritmética de 06 (seis)
determinações.
6,33 6,17
5,89 6,04
6,41
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
AREF_00C AREF_05C AREF_10C AREF_15C AREF_20C
RESISTÊNCIAÀTRAÇÃO(MPa)
Figura 6. Resistência à tração na flexão.
Observa-se que apenas a argamassa que contém 20% de CBC na sua constituição
apresentou resultado de resistência à tração na flexão ligeiramente superior à argamassa
de reforço de referência (1%). As demais argamassas mantiveram-se com resistências
inferiores, variando de 7% (AREF_10C) a 3% (AREF_05C), aproximadamente.
Para o ensaio de resistência à compressão, utilizou-se das metades dos corpos de prova
ensaiados à tração, resultando assim, num total de 12 (doze) amostras para cada
formulação analisada. Os resultados de resistência à compressão, realizado segundo a
NBR 13279 (2005) encontram-se ilustrados na figura 7 e representam a média aritmética
de 12 (doze) determinações.

10. ANAIS DO 54º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2012 – 54CBC 10
42,74
37,42
40,18
44,88
33,13
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
AREF_00C AREF_05C AREF_10C AREF_15C AREF_20C
RESISTÊNCIAÀCOMPRESSÃO(MPa)
Figura 7. Resistência à compressão.
Com base nos resultados apresentados na figura 7, a argamassa de melhor desempenho
no tocante a resistência à compressão foi a argamassa com 15% de CBC na sua
constituição e a de menor desempenho foi a argamassa com 20% de CBC.
Fazendo-se análise dos resultados de tração e compressão, pode-se concluir que a
porcentagem ideal de CBC é de 15%, uma vez que as resistências à tração na flexão não
sofreram variações significativas.
4 Conclusões
A redução da porosidade observada nas amostras, com o aumento gradativo da
quantidade de CBC, pode ser atribuído a elevada finura deste material, que atua também
como microfiler, através do refinamento dos poros deixados durante o processo de
hidratação do cimento e, desta forma, tornando a argamassa mais densificada.
A dosagem que apresentou melhor desempenho mecânico, no tocante a resistência à
compressão, foi a argamassa com 15% de CBC. Argamassa com 20% de CBC
apresentou queda de resistência considerável, chegando a uma redução de
aproximadamente 22% quando comparada com a argamassa de referência (AREF_00C).

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Referências
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