OBSERVAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO DE ELEVADOS DESEMPENHOS ATRAVÉS DE ENSAIOS IN SITU NÃO-DESTRUTIVOS

Transcrição

1 Encontro Nacional Betão Estrutural OBSERVAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO DE ELEVADOS DESEMPENHOS ATRAVÉS DE ENSAIOS IN SITU NÃO-DESTRUTIVOS E. N. B. S. JÚLIO Prof. Auxiliar FCTUC Coimbra P. A. FERNANDES Prof. Adjunto ESTG IPLeiria Leiria J. P. VELUDO Prof. Adjunto ESTG IPLeiria Leiria SUMÁRIO Neste artigo, descreve-se um estudo experimental realizado com o objectivo de definir curvas de correlação entre os valores da resistência à compressão de um betão de elevados desempenhos (BED) e os valores das grandezas medidas com ensaios não-destrutivos (NDT). 1. INTRODUÇÃO A utilização de cimentos I:52,5, sílica de fumo e, sobretudo, superplastificantes de nova geração, tornou possível o fabrico de betões de elevados desempenhos (BED), capazes de atingir resistências superiores a MPa, associadas a excelentes trabalhabilidades (S4). Os ensaios in situ, preferencialmente ensaios não-destrutivos (NDT), constituem uma ferramenta fundamental à inspecção do património edificado e avaliação das características mecânicas dos materiais seus constituintes, assim como ao controlo de qualidade dos materiais de estruturas em fase construtiva. Estes ensaios baseiam-se no estabelecimento de relações empíricas entre a resistência à compressão do betão e as grandezas medidas pelos NDT [1]. Na última década, os BED têm sido alvo de estudos teóricos e experimentais de caracterização das suas propriedades mecânicas, sendo contudo reduzida, a investigação relativamente à avaliação dessas propriedades através de NDT [2]. Acresce ainda que as correlações definidas

2 Encontro Nacional Betão Estrutural de fábrica para os diversos equipamentos não serão, em princípio, válidas para os BED [1]. O objectivo do estudo descrito neste artigo é verificar se, para uma composição pré-definida de um BED, é possível definir curvas de correlação para três dos NDT mais divulgados. 2. TRABALHO EXPERIMENTAL 2.1 NDT adoptados e ensaios de referência Adoptaram-se os ensaios não-destrutivos mais utilizados para avaliar in situ a resistência à compressão de betões: ensaio de carotes, determinação da velocidade de propagação de ultra-sons e determinação do índice esclerométrico. Os valores de referência da resistência à compressão do BED considerado foram obtidos através do ensaio de compressão standard de provetes cúbicos normalizados. 2.2 Descrição sumária dos NDT adoptados O ensaio de carotes pode ser definido, com mais rigor, como um ensaio parcialmente destrutivo, uma vez que é retirada uma amostra do material e, consequentemente, implica uma pequena reparação local. Este ensaio é o único em que a grandeza medida é aquela que se pretende conhecer, ou seja, a resistência à compressão do betão. A diferença fundamental, relativamente ao ensaio normalizado, tem a ver com a forma e dimensões do provete, o que obriga a corrigir o resultado obtido. O ensaio de determinação da velocidade de propagação de ultra-sons baseia-se no princípio de esta ser proporcional à raíz quadrada do módulo de elasticidade dinâmico do material sobre a densidade do mesmo [3]. Como a resistência à compressão do betão é correlacionável com o módulo de elasticidade estático e este com o módulo de elasticidade dinâmico, facilmente se conclui ser possível estimar a resistência à compressão a partir da medição da velocidade de propagação de ultra-sons. Os valores de correlação são aceitáveis, sendo possível obter estimativas da resistência à compressão do betão in situ com um erro de ± 20% (com um intervalo de confiança de 95%) [3]. Apresenta a vantagem de ser extremamente fácil e rápido de executar, ter custos reduzidos, e ser verdadeiramente não-destrutivo. O maior inconveniente está relacionado com a influência nos resultados de parâmetros como a existência de armaduras e/ou de vazios, fissuração interna ou presença de água. A determinação do índice esclerométrico é um ensaio onde a grandeza avaliada é a dureza superficial, sendo o valor medido um índice que se correlaciona empiricamente com a resistência à compressão. Os valores do coeficiente de correlação são inferiores aos da determinação de velocidade de propagação de ultra-sons, o que se traduz numa menor precisão das estimativas [3]. Apresenta as mesmas vantagens do método referido anteriormente. O maior inconveniente prende-se com o facto de apenas se avaliar o betão superficial, numa espessura de cerca de 30 mm [3].

3 Encontro Nacional Betão Estrutural Composição do betão e materiais utilizados Neste estudo foi utilizado um cimento produzido pela Cimpor na fábrica de Alhandra e classificado, de acordo com a NP EN [4], como Portland CEM I 52,5 R. Seleccionaram-se agregados correntes, utilizados por uma empresa nacional de prefabricação, com as características indicadas na Tabela 1. Tabela 1 Agregados utilizados Agregados Módulo Finura γ [kg/dm 3 ] Brita granítica Areia Como adição foi adoptado um produto comercial, à base de sílica de fumo, com a designação Sikacrete HD. O adjuvante foi seleccionado com base num estudo realizado anteriormente [5], tendo sido adoptado um produto comercial classificado, de acordo com a NP EN [6], como superplastificante ou redutor de água de alta gama, à base de uma solução aquosa de polímeros acrílicos modificados. A composição foi definida ajustando a mistura à curva granulométrica de referência de Faury [7], tendo-se obtido um BED com a dosagem por metro cúbico indicada na Tabela 2. Tabela 2 Composição do BED Constituintes [/m 3 ] Cimento I:52,5 R Sílica de fumo Brita granítica Areia Água Adjuvante 500 kg 50 kg 504 kg 1191 kg 138,3 lt 10,2 lt 2.4 Metodologia Provetes e ensaios Foram fabricados 6 provetes de dimensão mm 3 (vigas) e 30 provetes de dimensão mm 3 (cubos). Utilizaram-se três vigas para extracção de carotes com 75 mm de diâmetro por 150 mm de altura para ensaio à compressão aos 7, 14, 21, 28, 41 e 56 dias de idade. As restantes vigas destinaram-se aos ensaios de determinação do índice esclerométrico e medição da velocidade de propagação de ultra-sons. Estas determinações foram realizadas aos 1, 4, 7, 14, 21, 28, 35, 41, 48 e 56 dias de idade. Os 30 provetes cúbicos destinaram-se à determinação da resistência à compressão do betão (ensaios de referência),

4 Encontro Nacional Betão Estrutural tendo-se utilizado três provetes por ensaio a cada idade (1, 4, 7, 14, 21, 28, 35, 41, 48 e 56 dias). Nestes provetes, antes da realização do ensaio de compressão normalizado, determinaram-se o índice esclerométrico e a velocidade de propagação de ultra-sons Equipamento Para o ensaio de determinação da dureza superficial foi utilizado um esclerómetro standard de Schmidt, digital, com uma energia de impacto de 2,2 J. Para o ensaio de medição da velocidade de propagação de ultra-sons foi utilizado o PUNDIT (Portable Ultrasonic Non-Destructive Digital Indicating Tester) com transdutores de frequência de 54 khz Normas O valor de referência da resistência à compressão do betão foi determinado através de ensaios definidos nas normas NP EN [8], NP EN [9] e NP EN [10]. O valor in situ da resistência à compressão do betão foi determinado através de ensaios parcialmente destrutivos (extracção de carotes) de acordo com a norma NP EN [11]. O índice esclerométrico foi determinado de acordo com a norma NP EN [12]. A medição da velocidade de propagação de ultra-sons foi realizada de acordo com a norma NP EN 583 [13]. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Evolução da resistência à compressão do BED Na figura 1 apresentam-se os resultados do ensaio de referência e do ensaio de carotes, de caracterização da resistência à compressão do betão, e a sua evolução em função da idade. Como se pode observar, o BED atingiu um valor médio da resistência à compressão aos 28 dias superior a 120 MPa, tendo-se obtido valores perto dos 130 MPa aos 56 dias de idade do betão. Destaca-se ainda a elevada resistência em idades muito jovens, com valores entre 80 e 85 MPa, apenas às 24 horas de idade. Na figura 2 apresenta-se um gráfico com os resultados da resistência à compressão do betão determinados com o ensaio de referência versus os valores correspondentes determinados com o ensaio de carotes. A partir da análise dos resultados, propõe-se uma correlação linear do tipo com um coeficiente de correlação (R 2 ) de 0,9815. f c cubos = 0,5 f c carotes + 81 (1)

5 Encontro Nacional Betão Estrutural fc,cubos [MPa] Idade [dias] fc,carotes [MPa] Cubos Cubos - valores médios Carotes Carotes - valores médios Figura 1: Evolução da resistência à compressão do BED determinada com o ensaio de referência e com o ensaio de carotes fc,cubos [MPa] fc,carotes [MPa] Figura 2: Relação entre os valores da resistência à compressão do BED determinados com os provetes cúbicos e os valores correspondentes determinados com as carotes

6 Encontro Nacional Betão Estrutural Ensaio da determinação da velocidade de propagação de ultra-sons Na figura 3, representam-se os valores observados da resistência à compressão no ensaio de referência versus a velocidade de propagação de ultra-sons (V) nos mesmos provetes. A curva de correlação que melhor se adaptou às observações foi a seguinte função polinomial com um coeficiente de correlação (R 2 ) de 0,9840. f c cubos = -461,71 V ,3 V (2) fc,cubos [MPa] V [km/s] Figura 3: Resistência à compressão do BED vs velocidade de propagação de ultra-sons. De acordo com [1] e [3], a estimativa da resistência à compressão pode ser definida como potência ou exponencial da velocidade de propagação de ultra-sons. Contudo, para o caso em estudo, verificou-se que a função de correlação polinomial de grau 2 adapta-se melhor aos resultados obtidos. Outros autores propuseram igualmente correlações deste tipo [14]. 3.3 Ensaio de determinação do índice esclerométrico Na figura 4 apresentam-se os valores da resistência à compressão no ensaio de referência versus o índice esclerométrico (Ir), indicador da dureza superficial. Para os resultados obtidos propõe-se uma função de correlação polinomial do tipo com um coeficiente de correlação (R 2 ) de 0,9934. f c cubos = -0,32 Ir ,1 Ir 898 (3)

7 Encontro Nacional Betão Estrutural fcm,cubos [MPa] Índice Esclerométrico Figura 4: Resistência à compressão do BED vs índice esclerométrico. 4. CONCLUSÕES Conclui-se ser possível definir curvas de correlação entre as grandezas medidas com os ensaios não-destrutivos adoptados e a resistência à compressão para o BED utilizado neste estudo. Estas curvas apresentam coeficientes de correlação elevados o que, provavelmente, está relacionado com a elevada homogeneidade do betão produzido, devido às suas características de elevada trabalhabilidade (S4). As funções que melhor traduzem a correlação entre a resistência à compressão do betão e as grandezas medidas com os NDT adoptados não são as normalmente utilizadas para os betões correntes. Finalmente, conclui-se que os NDT adoptados podem ser utilizados para controle de qualidade de elementos estruturais durante a fase de construção, podendo ainda ser utilizados na inspecção de estruturas existentes. 5. AGRADECIMENTOS Agradece-se a importante colaboração das empresas Pregaia, Sika e Cimpor.

8 Encontro Nacional Betão Estrutural REFERÊNCIAS [1] Pascale, G., Di Leo, A., Carli, R., Evaluation of actual compressive strength of high strength concrete by NDT, 15th WCNDT - World Conference on Non-Destructive Testing, Roma (Italia) October 2000, 8 p. [2] Cho, Y.S., Non-destructive testing of high strength concrete using spectral analysis of surface waves, NDT&E International, Vol. 36, Elsevier Applied Science Publishers, 2003, p [3] Pereira, J.P.V.V., Avaliação da Resistência à Compressão do Betão Através de Ensaios Não-Destrutivos, dissertação de Mestrado, DEC - FCTUC, Coimbra, 1999 [4] NP EN 197-1: Cimento. Parte 1: Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes. [5] Júlio, E.N.B.S. e Fernandes, P.A.L., A Influência do Adjuvante na Resistência e na Trabalhabilidade de Betões de Elevados Desempenhos. A apresentar em Construção º Congresso Nacional da Construção, FEUP, Porto. [6] NP EN 934-2: Adjuvantes para betão, argamassa e caldas de injecção. Parte 2: Adjuvantes para betão. Definições, requisitos, conformidade, marcação e rotulagem [7] Lourenço, J., Júlio, E., Maranha, P., Betões de Agregados Leves de Argila Expandida. Guia para a sua utilização., APEB, [8] NP EN : Ensaios do betão endurecido. Parte 1: Forma, dimensões e outras exigências para o ensaio de provetes e para os moldes [9] NP EN : Ensaios do betão endurecido. Parte 2: Execução e cura dos provetes para ensaios de resistência mecânica [10] NP EN : Ensaios do betão endurecido. Parte 3: Resistência à compressão de provetes de ensaio [11] NP EN : Ensaio de betão nas estruturas. Parte 1: Carotes. Extracção, exame e ensaio à compressão [12] NP EN : Ensaio de betão nas estruturas. Parte 2: Ensaio não destrutivo. Determinação do índice esclerométrico [13] NP EN 583: Ensaios não destrutivos: Ensaio por ultra-sons. [14] Runkiewicz, L. e Runkiewicz, M., Application of the ultrasonic and sclerometric methods for the assessment of the structures made of high-strength concrete, 15 th WCNDT - World Conference on Non-Destructive Testing, Roma (Italia) October 2000, 5 p.