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II Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas 17 e 18 de abril de 1997 Salvador - BA CEPED EPUFBA UCSAL UEFS PISOS AUTONIVELANTES. PROPRIEDADES E INSTALAÇÃO NAKAKURA, Elza Hissae (1) ; BUCHER, Hans Roman Edmundo(2) (1) Enga Química, Supervisora de Ensaios de Cimento na Associação Brasileira de Cimento Portland, Av. Torres de Oliveira, 76 - Jaguaré, 05347-902 São Paulo, SP Tel. (011) 268-5111 Fax: (011) 268-5436 (2) Engo Civil, Consultor Técnico na Associação Brasileira de Cimento Portland,Av. Torres de Oliveira, 76 - Jaguaré, 05347-902 São Paulo, SP. Tel. (011) 268-5111 Fax: (011) 268-5436 PALAVRAS-CHAVE: Argamassa, piso autonivelante KEY-WORDS: Self-smoothing floors, self-levelling, mortar. RESUMO Na construção de pisos industriais ou residenciais, o hiato entre o nível da estrutura bruta de concreto e o nível da superfície acabada é preenchido parcialmente com uma camada denominada de “regularização” ou contrapiso. Esta camada é fonte de inúmeras patologias e inconvenientes. Modernamente ela está sendo substituída por uma camada extremamente fina, altamente aderente e de grande resistência à solicitação dos esforços. Além do seu baixo peso próprio, o piso autonivelante tem a vantagem da rapidez de instalação pelo fato da sua consistência líquida não requerer nenhum tipo de acabamento mecânico. ABSTRACT In industrial or building construction, the difference in high between the raw concrete base and the finished level surface is mostly filled with a layer of some “levelling” mortar. This layer is the origin of several construction defects and problems. In modern construction techniques it is being replaced by a very thin, highly adherent and extremely resistant layer of mortar. In addition to its low weight this selflevelling mortar has the advantage of its rapid installation owing to 306 his very low consistency which require merely pouring a viscous liquid without any need to further screeding. 1. INTRODUÇÃO Pisos servem basicamente a dois objetivos: suportar cargas estáticas ou resistir à ação abrasiva ou puncionante de cargas em movimento. Em ambos os casos é necessário dimensionar o piso estruturalmente e prescrever as propriedades necessárias para resistir à abrasão. A estas duas condições, nos últimos anos tem sido incorporada uma terceira: os requisitos de planeza ou rugosidade superficial. Estas três características dão origem a uma multiplicidade de combinações que, na prática, se materializam em pisos para indústria pesada ou leve, para armazéns, para corredores de locais públicos, para áreas de residências, etc. Dependendo dos requisitos estéticos ou funcionais, a superfície de acabamento destes pisos pode ser diretamente um concreto ou uma argamassa à base de cimento portland, um revestimento monolítico sintético à base de resinas de reação, um carpete de tecido, madeira colada, etc. Tradicionalmente, no caso das tolerâncias com relação à planeza ou à abrasão forem muito rigorosas, a execução é realizada em duas etapas: primeiro, faz-se a base bruta de suporte estrutural e, em seguida, a camada de revestimento, tanto fresco sobre fresco, como de fresco sobre endurecido. Em ambos os casos deve ser preliminarmente montado um sistema de mestras ou guias de nível e, a seguir devem ser realizados o lançamento, o adensamento e acabamento manual da camada final. Todas estas operações são realizadas manualmente, com baixa produtividade, com longas esperas entre uma etapa e a seguinte, cuidadosas curas e proteções para evitar o risco de fissuração na fase plástica, com demora para colocar o piso em serviço, etc. As principais desvantagens do sistema tradicional são: a) elevada espessura e, conseqüentemente, elevado peso próprio; b) alto índice de patologias ou defeitos como descolamentos, fissuração, ondulações, desníveis, etc.; c) baixo rendimento de instalação (5 a 10m2.h-1 por homem); e d) demora na colocação em serviço. 307 2. PISOS AUTONIVELANTES As desvantagens anotadas anteriormente podem ser remediadas com os sistemas de argamassas autonivelantes introduzidas na última década no mercado da construção civil. Neles, a espessura fica reduzida a apenas 5 a 10mm; a tendência à fissuração é reduzida praticamente a zero com aditivos químicos retentores de água e fibras orgânicas; o descolamento é inexistente pela introdução de uma ponte de aderência polimérica; as ondulações ficam reduzidas apenas às que podem ocorrer na superfície de um líquido viscoso e, pela ação da gravidade sobre um líquido a horizontalidade fica plenamente garantida. Por último, a utilização da argamassa fluida, produzida de modo contínuo numa dosadora/misturadora; permite literalmente “esguichar” o material sobre o substrato, sem necessidade de desempenar, operação que correntemente pode ser executada a um ritmo de 50 a 100m2.h-1 por homem. A superfície pode ser pisada por uma pessoa após decorridas 2 a 3 horas da sua instalação e pode ser posta em serviço com a idade de 8 (serviço leve) a 24 horas (serviço previsto). Como o agregado miúdo é areia com grãos de dimensão máxima característica inferior a 0,600mm, inserida numa matriz rica em cimento, a textura superficial do piso endurecido é extremamente fina, ao ponto de não requerer selantes adicionais. O material em estado fresco apresenta uma consistência tão fluida que os métodos tradicionais de medir esta propriedade (cone de Abrams, mesa de sacudidas DIN 1048, bola de Kelly, etc.) não têm utilidade e são substituídos pelos destinados a natas. 3. COMPOSIÇÃO DAS ARGAMASSAS AUTONIVELANTES Como todas as argamassas tradicionais, as argamassas autonivelantes são basicamente formulações de cimento portland de alta resistência inicial (de 25 a 45% da massa total) e areia fina quartzosa (de 40 a 60%). Os 10 a 15% restantes da massa é formado por uma série de aditivos químicos e adições minerais destinados a modificar as características reológicas no estado fresco e as propriedades físico- mecânicas no estado endurecido, de modo a atender aos requisitos de instalação, carga, solicitação e durabilidade. Fundamentalmente, os aditivos se tratam de superfluidificantes, éteres celulósicos para melhorar a retenção de água, antiespumantes para alterar a tensão superficial da água de amassamento e reduzir o nível de ar arrastado durante a mistura e bombeamento, polímeros elastoméricos redispersáveis com o objetivo de tornar o material mais impermeável e dúctil e mais resistente à tração e à abrasão, substâncias minerais que compensem a retração por secagem, a exsudação e a tendência ao fissuramento. A água de amassamento constitui entre 20 e 30% da massa seca total de acordo com o tipo de destinação de um determinado material (acabamento ou regularização). 308 Há diversos tipos de formulações de acordo com as solicitações a que estará exposto o piso: · acabamento de pisos industriais submetidos ao tráfego de cargas sobre rodízios e abrasão, · nivelamento de pisos industriais (existentes), como substrato para camadas de alta resistência, · acabamento de pisos industriais submetidos a cargas leves ou a áreas residenciais ou comerciais com solicitação intensa e · nivelamento de preenchimento em pisos novos. 4. PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS 4.1 Consistência As argamassas autonivelantes devem atingir uma determinada consistência no instante da sua instalação, de modo que a sua viscosidade permita uma deformação conveniente pela ação do seu próprio peso. Desta maneira, a nata se espalhará sobre o substrato, formando uma superfície com a planeza adequada à finalidade da camada: regularização ou acabamento. A medição da consistência pode ser realizada no laboratório, medianteo cone de Kantro [1] e na obra, por meio do anel sueco descrito na norma SS923519 [2] . Na obra, a consistência para material de regularização deve estar compreendida entre 130 a 140mm de espalhamento e, no caso de argamassa para acabamento o espalhamento deve ficar entre 160 a 165mm. Testes comparativos realizados na ABCP mostram que os resultados de espalhamentos com o cone de Kantro e com o anel sueco são praticamente idênticos quando realizados com o mesmo material (Tabela 2). 4.2 Resistência Mecânica A resistência à compressão e à tração estática simples é medida em prismas de 40x40x160mm3 ensaiados de maneira semelhante à preconizada pela EN 196. As especificações exigem usualmente um mínimo de 25 a 35 MPa aos 28 dias à compressão de 8 a 11 MPa à tração na flexão, dependendo da função que a camada desempenha no piso. Como uma medição de obra para avaliar a resistência à compressão de pisos já instalados é utilizada a identação produzida por uma esfera de aço duro, de 20mm de diâmetro, a qual é carregada com uma força de 500 N logo após o piso ter cumprido um período de 24 horas sob água. A identação é medida 5 minutos após ter sido 309 retirada a força solicitante. O diâmetro médio da identação fornece uma medida indireta da resistência à compressão do material do piso instalado na obra. 4.3 Retração por Secagem Da mesma maneira que nas argamassas e nos concretos, a retração por secagem do material para piso autonivelante também é medida em prismas, mediante a redução de comprimento, experimentado pela exposição num ambiente de ar seco durante um determinado intervalo de tempo. Porém, no lugar de utilizar corpos-de-prova prismáticos de 40 x 40mm2 ou de 25 x 25mm2 de seção transversal, são utilizados prismas de 20 x 20mm com o intuito de reproduzir melhor as relações de exposição da prática (unidade de superfície por unidade de volume). A base de comparação é a idade de 3 ou 24 horas (dependendo da velocidade de endurecimento do cimento) e os prismas são desmoldados, medidos e guardados à temperatura de (23 ± 2)oC e (50 ± 2)% de umidade relativa durante 28 dias. Nestas condições experimentais, as especificações fixam normalmente três limites máximos de retração por secagem: 0,03% (300mm por m) para material sobre qualquer substrato; 0,05% (500mm por m) para argamassas sobre concreto pouco absorvente e utilizando uma ponte de aderência polimérica; e 0,08% (800mm por m) para aplicação em bases não absorventes, com ponte de aderência e tomando precauções rigorosas para evitar a fissuração. De um modo geral a tendência à fissuração em pisos autonivelantes é bem menor que em argamassas ou concretos correntes em razão da pequena espessura e da aditivação especial com retentores de água e, eventualmente, fibras sintéticas. 4.4 Resistência ao Arrancamento por Tração O ensaio se destina a medir se o piso funcionará adequadamente como um sistema dado que esta camada também é incorporada à capacidade portante da laje ou base e, conseqüentemente, deve ficar monoliticamente unida a ela. O método de ensaio é semelhante ao utilizado no teste de argamassas de revestimentos de paredes e tetos e de placas cerâmicas em pisos ou azulejos em paredes. Entretanto, o ensaio em pisos autonivelantes é realizado após submeter o corpo-de-prova a 10.000 ciclos de passagem de um rodízio padrão exercendo uma determinada carga (250 N para pisos comerciais e residenciais e 2000 N para pisos industriais). Neste caso é necessário definir um “substrato padrão” (laje de concreto rígida e dimensões reduzidas) sobre o qual é aplicada a argamassa de acordo com as instruções do fabricante (escovação, saturação, imprimação, ponte de aderência, colocação da camada autonivelante, cura, rolagem preliminar com o rodízio e ensaio de arrancamento). Para formar o corpo-de-prova é necessário serrar, primeiramente, com uma serra-copo diamantada um cilindro com 5cm de diâmetro interno, que atinja até uma certa profundidade no substrato e, a seguir, colar com resina epoxídica o prato de tracionamento. 310 As especificações definem uma resistência mínima de 1,0 MPa (apenas cura de 28 dias) ou de 0,5 MPa (cura de 28 dias seguida de 10.000 passagens de rodízio de 25 N para pisos de áreas residenciais). Para pisos de locais públicos e indústrias leves, é exigida uma resistência ao arrancamento por tração mínima de 2,0 MPa (após 28 dias de cura ao ar) e de 1,0 MPa para os corpos-de-prova submetidos a 28 dias de cura e mais 10.000 aplicações de carga com rodízios. Em pisos industriais submetidos à ação de rodas maciças de carregadeiras, a resistência ao arrancamento deve ser superior a 3,0 MPa após tratamento de 2.000 N. 4.5 Resistência à Abrasão A determinação da resistência à abrasão dos materiais para pisos autonivelantes é realizada de acordo com o método da norma DIN 52.108 “Método de ensaio de abrasão na máquina de Böhme” ou o seu equivalente nacional a MB-3379 “Materiais inorgânicos - Determinação do desgaste por abrasão”, onde o corpo-de- prova é submetido à abrasão de areia sobre um prato metálico que gira lentamente. A abrasão é medida em cm3 por 50cm2 de área desgastada ou em mm. Argamassas à base de areia quartzosa ou basáltica tem especificado um desgaste máximo de 6,0cm3/50cm2 ou 1,2mm de espessura. De um modo geral, não se conhecem argamassas autonivelantes com agregado à base de granalha metálica, coríndon eletrofundido ou carbureto de silício. O ensaio de desgaste abrasivo pode ser realizado com o corpo-de-prova seco ou saturado com água. 5. SOLICITAÇÃO FÍSICO-MECÂNICA DE PISOS As superfícies de pisos em áreas residenciais, comerciais, públicas ou industriais sofrem fundamentalmente 3 tipos principais de solicitação: térmica, química e mecânica. O projeto de um piso numa determinada área tem que levar em conta o efeito conjunto das três ações para que possa prestar à serventia prevista. Gradientes térmicos entre a superfície e o interior da massa do piso geram tensões que podem ultrapassar facilmente a resistência à tração do material. Em concretos comuns, isto já é possível a partir de Dt ³ 15oC. Por este motivo, é imprescindível que as diversas camadas (base, regularização ou nivelamento e camada superior) sejam dimensionadas para resistir a estas solicitações de tração e de cisalhamento na interface entre as camadas, quando os módulos de elasticidade delas forem muito diferentes entre si. A tração de origem térmica se sobrepõe à decorrente de solicitação estrutural (em regiões de momentos flectores negativos) e de uso, pelas cargas pontuais de pedestais, patas, rodas, rodízios, etc. As solicitações químicas decorrem do ataque de substâncias aos componentes do piso. No caso dos pisos autonivelantes à base de cimento portland, isto é possível de diversas maneiras: pela ação corrosiva de diversas substâncias (principalmente 311 ácidos) e pela ação expansiva de sulfatos solúveis. A água também exerce uma ação química quando é muito pura; neste caso, ela lixivia as substâncias ligeiramente solúveis do cimento hidratado e aditivos/adições. Por estes motivos, embora os aditivos poliméricos melhorem a resistência química em certos aspectos, é necessário estudar cuidadosamente o aspecto de solicitação química de pisos autonivelantes. Por último, a solicitação mecânica é, realmente, o aspecto mais delicado no projeto e especificação de um piso, principalmente de pisos destinados a áreas industriais, uso público ou comerciais. Além das forças estáticas verticais também atuam as verticais e horizontais provocadas por corpos ambulantes que rolam ou freiam bruscamente. Os equipamentos de transporte interno modernos trabalham apoiados sobre rodas maciças de pequeno diâmetro e pouco deformáveis que exercemaltíssimas pressões sobre o piso, como mostra a Figura 1 [3]. Estudo realizado com os 3 tipos de rodízios [4] mostrados na Tabela 1 revela os níveis de tensão de compressão prevalecentes no piso imediatamente sob cada um dos sistemas de roda como se apresenta nas Figuras 2 e 3. A roda de aço exerce pressões de compressão de até 52 MPa nas imediações da superfície, ao passo que as de nylon, cerca de 30 MPa, e tensões de cisalhamento de até 15 MPa para a roda de aço e de aproximadamente 6 MPa para o caso das de nylon. Deste estudo, conclui- se que em pisos industriais são necessárias resistências à compressão de pouco mais de 30,0 MPa e de tração ou cisalhamento superiores a 7,0 MPa para poder resistir às solicitações que o material deve suportar nas proximidades da superfície. TABELA 1 - Sistemas de Rodízios Sistema Carga Vertical (N) Material da Roda Diâmetro (mm) Largura (mm) 1 200 aço 110 50 2 25.000 poliamida 300 100 3 6.000 poliamida 85 75 312 A norma DIN 18.560, Parte 5, subdivide a solicitação dos pisos em três classes: I - Uso pesado: ação principal de rodas, freagens, golpes, pressão estática e atrito.Acima de 200 passagens de rodas por dia, com cargas de até 0,6 t por eixo, com rodas maciças,ou de até 5 t por eixo, com rodas pneumáticas. II - Uso médio: ação principal de rodas girando, patinando por freagens, atrito, pressão, golpes. Até 200 passagens por dia de eixo de 0,6 t com roda maciça ou de 5 t com roda pneumática ou acima de 200 passagens por dia de rodas com 2 t por eixo com rodas pneumáticas. Arrasto de peças metálicas. III - Uso leve: ação principal de rodas girando, patinando por freagens, atrito pressão golpe. Descarga e arrasto de volumes leves. Até 200 passagens por dia de eixos de 2 t com pneumáticos. De acordo com esta classificação, as argamassas autonivelantes deveriam ter uma espessura média ³ 15mm para a classe I (10 mm), ³ 10mm para a classe II e ³ 8mm para a classe III [5]. O valor entre parêntese se refere ao mínimo individual. 6. RESULTADOS DE ENSAIOS Ensaios realizados na ABCP para avaliar 3 produtos comerciais revelam que os materiais atendem razoavelmente as prescrições correntes descritas na seção 4. No Tabela 2 estão resumidas as principais características das amostras de materiais para pisos autonivelantes para acabamento de classe industrial (material 1), classe industrial leve (material 2) e de nivelamento (material 3). 313 TABELA 2 - Propriedades Classe de Material Ensaio de 1 2 3 Consistência anel sueco 165 mm 142 mm 130 mm cone Kantro 164 mm 142 mm 129 mm Tempo de pega (Vicat com 1kg de sobrecarga): Início (h : min) 2 : 45 2 : 25 3 : 16 Fim (h : min) 3 : 20 3 : 28 4 : 51 Resistência a tração na flexão na idade de (MPa): 6 h 1,4 0,9 0,7 1 d 2,1 1,4 1,5 3 d 2,0 1,4 1,3 7 d 2,1 0,8 1,8 28 d 2,4 1,1 2,3 Resistência à compressão na idade de (MPa) 6 h 4,8 2,5 1,5 1 d 7,9 4,7 4,7 3 d 10,3 5,2 6,0 7 d 9,3 3,6 8,5 28 d 12,0 5,2 10,7 Desgaste abrasivo mediante roseta ASTM C 944 (g/rotação) 0,002 (0,8) 0,038 (0,8) 0,112 (0,8) Desgaste abrasivo mediante escova L.C.P.C. (g/rotação) 9,6x10-5 (0,14) 1,2x10-3 (0,14) 7,4x10-2 (0,14) Retração por secagem s/ASTM (%) aos: 2 dias 0,025 0,040 0,033 7 dias 0,056 0,061 0,041 28 dias 0,057 0,061 0,043 Nota: Os valores entre parêntese correspondem aos desgastes experimentados por um concreto de traço 1 : 1 : 1,25, relação água : cimento = 0,45 e consumo de 733 kg de cimento ARI por m3. Com relação aos métodos de ensaio e os resultados apresentados na Tabela 2 é necessário esclarecer que: · o tempo de pega foi determinado de acordo com o procedimento da norma NBR 11581 mas com uma haste móvel pesando 1000g no lugar dos 300g especificados e com o material apresentando a consistência determinada mediante o espalhamento pelo anel sueco e cone de Kantro; 314 · o ensaio de consistência pelo cone sueco, consistência em medir o espalhamento da nata contida num anel de 50 mm de diâmetro por 22 mm de altura; · o ensaio de desgaste abrasivo com rosetas corresponde, com algumas adaptações ao método descrito na norma ASTM C 944 “Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating - Cutter Method”; · o ensaio de desgaste abrasivo com escova rotativa corresponde ao procedimento proposto por Nguyen Cong Phy et al. [5]. Como uma complementação do ensaio de tempo de pega foi acompanhada a evolução da consistência com o tempo, tanto pelo método do anel como do cone. Surpreende que o espalhamento da nata aumente, a partir da medição inicial até a idade de 1 a 2 horas, de 11,8% até 43,7% para, logo a seguir, enrijecer bruscamente e dar o início de pega. 7 CONCLUSÃO Os pisos autonivelantes são materiais de construção extremamente versáteis (podem ser instalados em diversos ambientes de solicitação) e são rápidos de serem instalados (rendimentos de até 500m2 por homem-dia) e de rápida liberação para o serviço (dentro de 24 horas podem ficar expostos às cargas definitivas). O seu preparo mecanizado e o transporte por bombeamento fazem com que a qualidade do material instalado seja altamente homogênea. 8 BIBLIOGRAFIA [1] Kantro, D.L.: “Influence of water-reducing admixtures ou properties of cemente paste - A miniature slump test”, Cement, Concrete anual Aggregates, vol. 2, no 2, 1982, pág. 95-102. [2] SS92 35 19 “Flooring materials - determination of flow rate of stopper material and levelling material”. [3] Zens, K. : “Prüfungen des Verschleisses von Industriefussböden”, Industriefussböden, Internationales Kolloquium, P. Seidler editor, 1987, pág. 395-398. [4] ABS: “Flooring Manual” - Volume 1, ABS, Suécia. [5] Nguyen Cong Phy e Ray, M.: “L’érodabilité des materiaux de la couche de fondation et de la couche de forne des chaussées en beton”, Bull. hiaison lab. P. et Ch, vol. esp. VIII Chaussées en béton, jul. 79, pág. 32-46. 315 FIGURA 1 - Evolução da pressão média nos vários materiais 316 FIGURA 2 - Efeito da tensão de compressão ao longo da espessura do piso FIGURA 3 - Efeito da tensão de cisalhamento ao longo da espessura do piso
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