INSPEÇÃO E ENSAIOS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES INSPEÇÃO E ENSAIOS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO PROF. WELLINGTON MAZER CURITIBA PR

2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ESTRATÉGIA DE INSPEÇÃO, AVALIAÇÃO E DIAGNÓSTICO DAS PATOLOGIAS INTRODUÇÃO ESTRATÉGIAS DE INSPEÇÃO LEVANTAMENTO DE DADOS TÉCNICA DE INVESTIGAÇÃO ANÁLISE DOS DADOS MÉTODOS DE CONDIÇÕES DE AVALIAÇÃO PÓS INSPEÇÃO MÉTODO BÁSICO MÉTODO GERAL ENSAIOS PARA ESTUDOS DE MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS INTRODUÇÃO INSPEÇÃO VISUAL ESCLEROMETRIA GENERALIDADES SUPERFÍCIES A SEREM ENSAIADAS ÁREA DE ENSAIO IMPACTOS ESBELTEZ DOS ELEMENTOS, COMPONENTES E PEÇAS DE CONCRETO FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS RESULTADOS ULTRA-SOM INTRODUÇÃO HISTÓRICO ONDAS ULTRA-SÔNICAS APLICANDO O ULTRA-SOM TÉCNICAS USADAS EM ULTRA-SOM VANTAGENS E LIMITAÇÕES EM COMPARAÇÕES COM OUTROS ENSAIOS FATORES QUE INFLUENCIAM NA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO E CONSIDERAÇÃO DOS SEUS EFEITOS NOS ENSAIOS RELAÇÕES ENTRE ULTRA-SOM E OUTROS ENSAIOS RADIOGRAFIA, RADIOSCOPIA E GAMAGRAFIA INTRODUÇÃO RADIOGRAFIA GAMAGRAFIA RADIOSCOPIA RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DE PINOS INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DO MÉTODO VANTAGENS E LIMITAÇÕES APLICAÇÕES FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS DO ENSAIO MÉTODO DA MATURIDADE CARBONATAÇÃO E PH

3 3.9 PACOMETRIA PIT/ECD POTENCIAL DE CORROSÃO EXTRAÇÃO DE TESTEMUNHOS RESISTIVIDADE ELÉTRICA PULL-OUT TEST PROVA DE CARGA OUTROS ENSAIOS DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE CLORETOS NO CONCRETO DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SULFATOS NO CONCRETO OUTROS EQUIPAMENTOS CONTROLE DE ABERTURA DE FISSURAS BIBLIOGRÁFIA CONSULTADA E RECOMENDADA

4 1 INTRODUÇÃO Para que uma estrutura de concreto possua uma durabilidade adequada, faz-se necessário efetuar um rigoroso controle de qualidade, inclusive dos materiais que compões o concreto. Uma forma de se efetuar este controle é através de ensaios tecnológicos. Durante a fase de execução de uma estrutura é possível fazer ensaios no concreto tanto no estado fresco quanto endurecido. São diversos os ensaios que podem ser efetuados, dentre eles, serão abordados os ensaios de consistência, coesão e ar incorporado, para a avaliação do concreto no estado fresco, e os ensaios de resistência à compressão axial e resistência à compressão diametral no estado endurecido. Para a avaliação de uma estrutura já pronta, busca a utilização de ensaios não destrutivos. Estes ensaios podem auxiliar o profissional no diagnóstico das manifestações patológicas apresentadas pela construção, uma vez que diagnosticar as causas de um dano em uma construção é uma atividade bastante complexa. Diagnosticar uma patologia é determinar as causas dos mecanismos de formação e da gravidade potencial de uma manifestação patológica, com base na observação dos sintomas e na eventual realização de estudos e ensaios específicos. Em alguns casos, o diagnóstico correto só poderá ser elaborado a partir de minuciosos ensaios de laboratório, revisão de projetos e mesmo instrumentação e acompanhamento da obra. A resolução de um problema patológico passa obrigatoriamente por três etapas: a- levantamento de subsídios: acumular e organizar as informações necessárias e suficientes para o entendimento dos fenômenos; b- diagnóstico da situação: entender os fenômenos, identificando as múltiplas relações de causa e efeito que normalmente caracterizam um problema patológico; c- definição de conduta: prescrever a solução do problema, especificando todos os insumos necessários, e prever a real eficiência da solução proposta. No tocante ao levantamento de subsídios, é imprescindível o exame cuidadoso da obra, recorrendo-se à sensibilidade do técnico e, eventualmente, a algumas verificações expeditas com o emprego de instrumentos específicos, tais como, esclerômetro, pacômetro, indicador de umidade superficial, etc. 4

5 2 ESTRATÉGIA DE INSPEÇÃO, AVALIAÇÃO E DIAGNÓSTICO DAS PATOLOGIAS INTRODUÇÃO A qualidade dos serviços que visem a recuperação de uma construção depende de uma avaliação precisa da situação em que se encontra e do estudo detalhado dos efeitos produzidos pela manifestação patológica que a acomete. A condução de testes a avaliações de estruturas são atividades muito importantes para garantia da qualidade e durabilidade das edificações, além de garantir que se atinja a vida útil projetada. Podem-se citar as seguintes razões para se promover uma avaliação da construção afetada: Quando a confiabilidade da estrutura é comprometida por deterioração geral; Quando cargas adicionais serão aplicadas na estrutura; Para obter informações visando projetos de reforço ou melhorias; Para salvaguardar a segurança e a servicibilidade (funcionalidade) para condições normais de utilização Para criar um banco de dados de informações atualizadas sobre as condições de toda estrutura, criando parâmetros para organizar operações de manutenção preventiva; Para estabelecer prioridades para o reparo ou substituição de estruturas em níveis elevados de deterioração. A avaliação de uma construção é uma interação complexa entre: Dados de serviço, ambientais e estruturais; Dados de inspeção visual; Dados de testes in-situ ou de laboratório. A avaliação de construções acometidas por patologias é uma atividade multidisciplinar onde estarão envolvidas disciplinas como: Comportamento estrutural; Tecnologia de materiais; Projetos (normas, histórico, etc) 5

6 Método construtivo; Estática; Economia; Para a manutenção das estruturas já existentes e em serviço, recomenda-se: Análise dos mecanismos de deterioração; Análise da agressividade do meio em que a edificação se encontra; Testes de materiais e da estrutura; Instrumentação e monitoração; Para o projeto de novas edificações, recomenda-se: Considerar na concepção do projeto, as questões inerentes a: o Mecanismos de deterioração que possam afetar a edificação em função do meio em que ela se encontra e das solicitações a que estará sujeita e a previsão de medidas de proteção preventiva e manutenção ao longo da vida útil da edificação. o Primar nas atividades de execução e manutenção da edificação. 2.2 ESTRATÉGIAS DE INSPEÇÃO Ao se verificar que uma edificação está "doente", isto é, que apresenta problemas patológicos, toma-se necessário efetuar uma vistoria detalhada e cuidadosamente planejada para que se possa determinar as reais condições da estrutura, de forma a avaliar as anomalias existentes, suas causas, providências a serem tomadas e os métodos a serem adotados para a recuperação ou o reforço. As providências a adotar, e mesmo os limites a seguir quanto à avaliação da periculosidade de determinados mecanismos de deterioração, podem, e devem, observar a importância das estruturas em termos de resistência e durabilidade, assim como, muito particularmente, a agressividade ambiental. A Figura 2.1 apresenta a metodologia genérica para a inspeção de estruturas convencionais, dividida em três etapas básicas: levantamento dos dados, análise e diagnóstico. 6

7 Exame Visual da Estrutura Análise do Meio Ambiente Medidas Urgentes? NÃO SIM Providências Emergenciais Histórico Mapeamento das Anomalias Identificação de Erros Análise de Projetos Instrumentação e Ensaios Novos Dados NÃO Análise dos Dados SIM Coleta de Dados NÃO Diagnóstico SIM Recomendações Terapêuticas Figura Fluxograma para estratégia de inspeção Levantamento de Dados Esta é a etapa que fornecerá os subsídios necessários para que a análise possa ser feita corretamente, e compreende os seguintes passos: a- classificação analítica do meio ambiente, em particular da agressividade à estrutura em questão; b- levantamento visual e medições expeditas da estrutura - consiste na observação normal, com anotações, e medições nos principais elementos; c- estimativa das possíveis conseqüências dos danos e, caso necessário, tomada de medidas de emergência, tais como o escoramento de parte ou do todo da estrutura, alívio do 7

8 carregamento, instalação de instrumentos para medidas de deformações e recalque e interdição da estrutura; d- levantamento detalhado dos sintomas patológicos, inclusive com documentação fotográfica, medidas de deformações (se necessário, com aparelhos topográficos), avaliação da presença de cloretos ou de outros agentes agressores, de carbonatação, medidas de trincas e fissuras (posição, extensão, abertura), medidas de perda de seção em barras de aço, etc.; e- identificação de erros quanto à concepção da estrutura (projeto), à sua execução, ou ainda quanto à sua utilização e manutenção; f- análise do projeto original e dos projetos de modificações e ampliações, caso existam, de forma a se poder determinar possíveis deficiências na concepção ou no dimensionamento dos elementos estruturais danificados; g- instrumentação da estrutura e realização de ensaios especiais, inclusive em laboratório, compreendendo: tipologia e intensidade dos sistemas de deterioração e dos agentes agressores; medições: geometria, nível, prumo e excentricidades; mapeamento das fissuras; determinação de flechas residuais; evolução da abertura de fissuras e de deformações, etc.; estudos e ensaios: verificação dimensional dos elementos (seção transversal do concreto; armaduras; cobrimento, etc.); investigação geotécnica; avaliação da resistência do concreto e das características do aço; etc Técnica de Investigação Um elemento importante para o diagnóstico é conseguir-se imaginar o movimento que deu origem à trinca, já que a grande maioria delas está associada a movimentações das mais distintas naturezas. Uma boa técnica exploratória, principalmente para que não sejam esquecidos ou descartados aspectos importantes, é aquela que se baseia em eliminações subsequentes, tentando-se considerar todo o universo de causas hipotéticas ou agentes patológicos. No caso de não se conseguir chegar, através dos levantamentos mencionados, a um diagnóstico seguro, medidas mais trabalhosas deverão ser tomadas, como: revisão de cálculos estruturais; a análise dos perfis de sondagem, e; 8

9 a tentativa de estimarem-se recalques. Medidas mais sofisticadas poderão, ainda, ser consideradas, como: a instrumentação da obra com clinômetros, defletômetros e extensômetros; e, o acompanhamento de recalques com base em referencial profundo instalado fora da zona de influência das fundações. Também poderão ser adotadas medidas mais simples, para entendimento qualitativo do problema e acompanhamento de sua eventual evolução. Nesse sentido, as fissuras poderão ser providas de testemunhas ("gravatas") constituídas por material rígido (normalmente gesso nas partes internas da construção e pasta constituída por cal e cimento nas partes externas) que, ao se fissurar indicará a continuidade do movimento. Poderão, também, serem utilizadas testemunhas em metal ou vidro, com traços de referência, coladas alternadamente nos dois lados do componente adjacentes à fissura. Essas testemunhas, conforme a Figura 2.2, podem fornecer uma idéia quantitativa dos deslocamentos ocorridos. Figura Testemunhas com traços de referência. a- indica deslocamentos na horizontal b- Indica deslocamentos na vertical A verificação da movimentação relativa entre trechos da parede seccionada por uma fissura poderá ser determinada com precisão, mediante instrumentação da fissura com bases de aço e leitura das movimentações relativas entre essas bases com extensômetro; instrumenta-se, por exemplo, uma fissura com três bases constituindo um triângulo equilátero, nas condições da Figura

10 Figura Fissura Instrumentada com bases de aço para leitura dos deslocamentos relativos Geometricamente, o deslocamento horizontal "n'' e o deslocamento vertical relativo "t" seriam expressos por: 2 2 c 2 2 n = ( a + a) x a (2.1) 4 c t = x (2.2) [( a + a) ( b + b) c ] 1 x = + (2.3) 2c Com base nas observações e levantamentos efetuados no local da obra, entretanto, o técnico já poderá chegar na maioria das vezes ao diagnóstico do problema. Deve-se alertar, contudo, que juízos precipitados e idéias preconcebidas geralmente conduzem a diagnósticos incorretos. A similaridade de situações, algumas vezes muito forte, pode induzir a erro o técnico menos avisado ou menos cuidadoso. A fissura ilustrada na Figura 2.4, por exemplo, poderia ser precipitadamente atribuída a um recalque da fundação, no canto direito do prédio; porém com a análise de todas as condições de contorno, foi estabelecido que a da fissuração da alvenaria foi provocada por excessiva flexibilidade da estrutura sob a parede. Antes de estabelecerem-se grandes elocubrações teóricas sobre o problema em análise, o técnico deve também inspecionar tudo o que lhe for possível. A fissura e o componente fissurado devem ser examinados por todos os ângulos, recorrenda-se, quando necessário, pequenas escavações ou demolições, como pode ser observado na Figura

11 Figura Fissuração da alvenaria devida à flexibilidade da estrutura de concreto armado, aparentando ter sido provocada por recalque de fundação No caso ilustrativo apresentado na Figura 2.6, havia, aparentemente, um fissura por sobrecarga (compressão) no pé do pilar, procedendo-se com a abertura (retirada da camada de argamassa de acabamento), verificou-se tratar de uma fissura proporcionada pelo movimento diferenciado, provocado pelos diferentes coeficientes de dilatação térmica, entre a argamassa rígida e a manta de impermeabilização. Figura Pequena abertura da argamassa de revestimento para análise de fissura 11

12 Figura Fissura em pé de pilar provocada pelo movimentação térmica diferenciada entre a argamassa de revestimento e a manta de impermeabilização. Finalmente, a obtenção de dados históricos sobre a obra e/ou seu local de implantação às vezes pode conduzir a pistas muito seguras no esclarecimento do problema. Assim sendo, a recuperação do "diário de obra", de fotografias obtidas durante sua execução e de registros sobre eventuais anomalias que tenham ocorrido na fase de construção ou de ocupação do edifício podem em alguns casos ser tão importantes que os próprios levantamentos anteriormente mencionados Análise dos Dados A segunda etapa, análise dos dados, deverá conduzir o analista a um perfeito entendimento do comportamento da estrutura e de como surgiram e se desenvolveram os sintomas patológicos. Esta análise deverá ser feita através de uma inspeção detalhada afim de evitar que as anomalias mais graves não sejam detectadas por estarem ocultas por anomalias superficiais, assim como se deve verificar atentamente se não houve mais do que um fator gerador do sintoma patológico que está sendo analisado. Através da inspeção detalhada dois objetivos primordiais deverão ser alcançados: completar ou complementar a inspeção de rotina; realizar testes específicos e especiais que sejam necessários para a avaliação completa da edificação e definição da capacidade de carga restante. Informações importantes a serem definidas neste item: propriedades mecânicas do aço e do concreto 12

13 durabilidade do concreto analise petrográfica do concreto para investigação da sua microestrutura e agressividade de elementos químicos; avaliação da taxa de corrosão do aço; inspeção por raios x; impulsos ultra-sonicos; ensaio de arrancamento; difusão de clorídeos; medida in-situ das tensões no concreto e aço; medida in-situ da geometria, ações, respostas estáticas e dinâmicas. A escolha dos testes a serem efetuados na edificação depende do engenheiro responsável pelo processo de avaliação, pois uma escolha desnecessária poderá trazer resultados redundantes e onerar o processo de avaliação. Outra análise que pode ser realizada na estrutura, para verificação do estado potencial de risco que esta oferece, denomina-se Prova de Carga. As provas de carga tem como objetivo testar a estrutura com solicitações e avaliar as condições de resposta da edificação, principalmente quando existe a necessidade de se manter a estrutura em uso durante o período de analise MÉTODOS DE CONDIÇÕES DE AVALIAÇÃO PÓS INSPEÇÃO Condição de avaliação é uma medida efetiva para quantificar a deterioração geral de uma edificação inspecionada, baseada na avaliação numérica de todos os tipos essenciais de danos revelados durante a inspeção, cujas características possam ter impacto na segurança e na durabilidade da edificação. A avaliação numérica deve levar em conta: O tipo de dano e seu efeito na segurança e/ou durabilidade da edificação (elemento estrutural afetado); A máxima intensidade de um tipo de dano em uma parte da estrutura; O efeito do elemento estrutural afetado na segurança e durabilidade de toda a estrutura; A extensão e propagação esperado do tipo de dano observado. 13

14 2.3.1 Método Básico Método oriundo da adaptação de norma Austríaca para avaliação de pontes, onde a avaliação do componente estrutural é dada pela soma de valores atribuídos para cada tipo de dano, multiplicado pela extensão e intensidade do dano, importância do elemento estrutural e pela urgência de intervenção, de acordo com a seguinte expressão: I = n i= 1 G.( k1 + k2 + k3 + k 4 ) (2.4) i i i i i Onde: Item Descrição Valores Adotados G Tipo de dano 1 a 5 k1i Extensão do dano 0 a 1 k2i Intensidade do dano 0 a 1 k3i Importância do elemento estrutural 0 a 1 k4i Urgência da intervenção 0 a 10 O índice obtido para a estrutura deve variar entre 0 a 70, e de acordo com o valor determinado, a estrutura poderá ser classificada em 6 categorias de danos, abaixo apresentada: Classe de Dano I (I = 0 a 5) Sem Defeitos: somente deficiências construtivas, sem necessidade de reparo, apenas de manutenção regular; Classe de Dano II (I = 3 a 10) Baixo Grau de Deterioração: Redução da Servicibilidade: Redução da servicibilidade apenas após longo período de tempo sem reparo; Classe de Dano III (I = 7 a 15) Médio Grau de Deterioração: Pode haver a redução da servicibilidade. A intervenção deve ocorrer com alguma rapidez; Classe de Dano IV (I = 12 a 25) Alto Grau de Deterioração: Redução da servicibilidade, porém sem necessidade de limitaçãoes. Intervenção Imediata. Classe de Dano V (I = 22 a 35) Deterioração Pesada: Redução da servicibilidade com limitações graves de uso. Intervenção Imediata; Classe de Dano VI (I > 30) Deterioração Crítica: Escoramento Imediato, Restrição ao Uso e Intervenção Imediata. 14

15 2.3.2 Método Geral Neste método o índice não é mais expresso pela simples soma dos valores dos danos verificados nos elementos estruturais, mas pela razão entre: A soma efetiva dos valores dos danos obtidos levando em conta a lista fechada de tipos de danos potenciais detectados na inspeção in loco, e; A soma de referência de valores de danos obtidos levando-se em conta a mesma lista fechada de todo tipo de dano que poderia realisticamente ocorrer na mesma estrutura ou elemento estrutural, multiplicada pela intensidade unitária e fatores de extensão. Assim o índice de condição de uma estrutura é definido com a fração ou percentagem do valor de referência associado com a condição assumida da estrutura em particular. O índice de condição pode ser calculado não só para a estrutura completa, mas também para cada componente estrutural, principal ou não. No caso de estruturas multi-andares e multi-vãos, aonde a inspeção é feita vão a vão, o índice é expresso pela soma média dos valores de danos calculados para cada vão. O método ainda consiste em: Os fatores de avaliação da intensidade de um tipo de dano são caracterizados de maneira descritiva; Os fatores para a avaliação da extensão dos danos são definidos por critérios descritivos (sempre); O índice de condição pode então ser determinado pela seguinte expressão: R VD = Bi. k1 i. k2i. k3 i. k4i = (2.5) Onde: V D = Valor do tipo de dano B i = valor básico associado ao tipo de dano i sobre a segurança e ou durabilidade do componente estrutural inspecionado K 1i = fator do elemento estrutural, função de sua importância no contexto da estrutura como um todo K 2i = fator indicativo da intensidade do tipo de dano i K 3i = fator cobrindo a extensão da propagação do tipo de dano i nos elementos inspecionados; K 4i = fator enfatizante da urgência necessária da intervenção do dano i 15

16 A lista de danos pode assumir os seguintes valores (Pontes): Deslocamentos (Bi) - Infraestrutura: Movimentos Laterais = 2,0 Rotações e Desaprumos = 2,0 Recalques Diferenciais = 3,0 Descalçamento das Fundações = 4,0 - Superestrutura: Movimentos Verticais = 2,0 Irregularidades = 1,0 Fator de Locação do Elemento (k i1 ) - Infraestrutura = 1,0 ± 0,2 - Superestrutura = 1,2 ± 0,2 (Concreto Armado) - Superestrutura = 1,45 ± 0,2 (Concreto Protendido) - Tabuleiro = 0,4 ± 0,1 Fator de Intensidade do Dano (k i2 ) - Classe I = 0,5 (Dano de tamanho pequeno, aparecendo em localizações simples do elemento); - Classe II = 1,0 (Dano de tamanho médio, confinado a locais simples, ou em pequenas áreas); - Classe III = 1,5 (Dano de tamanho grande, aparecendo em grandes áreas do elemento); - Classe IV = 2,0 (Dano de tamanho muito grande, aparecendo na maior parte do elemento); Fator de Extensão do Dano (k i3 ) - Dano confinado a um único elemento = 0,5; - Dano aparecendo em menos de ¼ dos elementos do arcabouço = 1,0; - Dano aparecendo entre ¼ e ¾ dos elementos do arcabouço = 1,5; - Dano aparecendo em mais de ¾ dos elementos do arcabouço = 2,0; Fator de Urgência do Reparo (k i4 ) - Intervenção não urgente = 1,0 (Dano não tem impacto na segurança ou na servicibilidade da construção); - Intervenção Breve = 2,0 a 3,0 (Dano deve ser reparado em um período não maior que 5 anos, para prevenir o colapso); 16

17 - Intervenção Imediata = 3,0 a 5,0 (Reparo imediato é necessário, já há um comprometimento da estrutura pelo dano); - Intervenção Urgente = 5,0 (Necessidade de escoramento, limitação do tráfego, evacuação ou providencias semelhantes. Os valores determinados pelas condições de avaliação pós inspeção vão permitir a determinação do parâmetro de condição R C que é então calculado pela expressão: R C = V Onde: V D = soma efetiva de valores de danos calculados para a estrutura observada (ou parte), relacionada com os tipos de defeitos da lista incorporada, e; V D,re = soma de referência dos valores de dano obtidos levando em conta todos os danos obtidos na lista, que podem potencialmente ocorrer na mesma estrutura. V D D, ref (2.6) O parâmetro de condição Rc da estrutura (ou do elemento estrutural isolado), deve então ser comparado com a capacidade de carga restante da estrutura, que poderá, Poe sua vez, ser determinada mediante: Análise estrutural, levando em conta as condições medidas em cada seção crítica e considerando os dados de ensaios e testes, quando disponíveis; Redução da resistência de projeto, considerando a deterioração ou envelhecimento que afeta a estrutura ou o elemento estrutural sob análise; Prova de carga, quando os dados disponíveis são insuficientes para as considerações de análise a serem feitas. 17

18 3 ENSAIOS PARA ESTUDOS DE MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS INTRODUÇÃO Os Ensaios Não Destrutivos END são ensaios realizados em materiais, acabados ou semiacabados, para verificar a existência ou não de descontinuidades ou defeitos, através de princípios físicos definidos, sem alterar suas características físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais e sem interferir em seu uso posterior. Os END constituem uma das principais ferramentas do controle da qualidade de materiais e produtos, contribuindo para garantir a qualidade, reduzir os custos e aumentar a confiabilidade da inspeção. Os casos mais freqüentes que requerem esses tipos de ensaios na construção civil são decorrentes da paralisação de obra por tempo indeterminado, de modificações no projeto, de acréscimo de um pavimento tipo, de influência de altas temperaturas (incêndio), ou ainda de utilização extra de peças estruturais não previstas no projeto. Cabe salientar, que os ensaios não destrutivos não substituem os ensaios destrutivos, já há muito tempo utilizado por engenheiros e técnicos. Estes exigem a retirada de amostras, a confecção de corpos de prova, os quais são rompidos ou deformados para então se concluir a avaliação da estrutura. Assim, não devemos imaginar que os ensaios não destrutivos sejam novos aperfeiçoamentos que dispensam ensaios destrutivos. Porém, os END têm algumas vantagens como resultar em pouco ou nenhum dano à estrutura, podem ser aplicados com a estrutura em uso e permitem que problemas possam ser detectados quando em estágio ainda inicial. Os ensaios não destrutivos do concreto permitem estimar a resistência à compressão do concreto, identificar a localização da armadura no concreto armado, a detecção de corrosão da armadura, a reação álcali-agregado, os defeitos localizados (rachaduras, vazios), e a determinação das propriedades geométricas de peças de concreto, etc. Os principais métodos são: ensaio visual, ultra-som, radiografia (Raios-X e Gama) e esclerometria. Outros métodos aplicados: líquido penetrante, partículas magnéticas, análise de vibrações, emissão acústica, canin, resistivimeter (resi). A Figura 3.1 apresenta um quadro resumo com as principais aplicações para os ensaios não destrutivos com seus respectivos ensaios. 18

19 Resistência Elasticidade Mudanças Armaduras Densidade Umidade estruturais Dureza Superficial Penetração Arrancamento Vibrações Propagação Ondas de choque Ressonância Damping Ultrasom Combinados Ultra-som esclerometria Ultra-som damping Ultra-som Raios γ Maturidade Potencial Radar Acústica Microscopia Permeabilid. Carga Raio X Raio γ Corrente de fuga Magnéticos Termografia Neutrons Micro-ondas Umidímetro Deformações O sucesso da aplicação destes ensaios está vinculado aos seguintes itens: pessoal treinado e qualificado; procedimento qualificado para conduzir o ensaio; equipamentos devidamente calibrados; normas e critérios de aceitação perfeitamente definidos INSPEÇÃO VISUAL A inspeção visual é o primeiro ensaio não destrutivo aplicado em qualquer tipo de peça ou componente, e está freqüentemente associado a outros ensaios de materiais. É o ensaio mais empregado por ser o mais simples e por fazer parte de maneira direta ou indireta de qualquer trabalho executado; ou seja, o simples fato de observar as condições superficiais de uma estrutura de concreto pode fornecer a um profissional experiente, conclusões sobre o estado desta estrutura. Para a inspeção de peças de concreto, onde o acesso é limitado, utiliza-se de fibras ópticas conectadas a espelhos ou microcâmeras de TV com alta resolução, além de sistemas de iluminação, fazendo a imagem aparecer em oculares ou em um monitor de TV. São soluções simples e eficientes, conhecidas como técnicas de inspeção visual remota. 19

20 Simplicidade de realização e baixo custo operacional são as características deste método, mas que mesmo assim requer uma técnica apurada, obedece a sólidos requisitos básicos que devem ser conhecidos e corretamente aplicados. Para se fazer o ensaio de Inspeção Visual, deve-se ter alguns equipamentos básicos como: - escada; - lupa e binóculo; - fissurômetro; - trena; - máquina fotográfica; - epi s; - trado; - lápis; - lanterna; - martelo; - nível de mangueira; - filmadora, etc. Outro aspecto importante durante a inspeção visual de uma obra consiste na análise dos projetos e na obtenção de informações sobre a obra, tais como: época de construção, qualidade da mão de obra, utilização da edificação, ambiente inserido, etc. Também é importante mapear e quantificar todas as patologias encontradas. Para a obtenção destas informações, sugere-se a utilização de um questionário, como exemplificado abaixo: Nome da obra: Localização: Época de construção: Construtora: Número de pavimentos: Tipo de estrutura: fck: Utilização do edifício: Ambiente: Tipo de patologia encontrada: Reparos já executados: 20

21 Ensaios já executados: Croquis das patologias: ESCLEROMETRIA Generalidades Método de ensaio não destrutivo que mede a dureza superficial do concreto, fornecendo elementos para a avaliação da qualidade do concreto endurecido. O aparelho utilizado é o esclerômetro, desenvolvido pelo engenheiro Ernst Schmidt. A avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão, que consiste fundamentalmente de uma massa martelo que impulsionada por uma mola se choca através de uma haste com ponta em forma de calota esférica com a área de ensaio e, parte da energia é conservada elasticamente, propiciando ao fim do impacto, retorno do martelo; é normatizado pela NBR- 7584, abrangendo os seguintes aspectos: Descrição sucinta dos elementos básicos de funcionamento dos esclerômetros de reflexão; Fixação do método de aferição dos esclerômetros; Estabelecimento das condições de preparação da superfície da estrutura de concreto e descrição dos fatores principais que influenciam os resultados, fornecendo uma indicação das possíveis causas de erros; Descrição do método de ensaio propriamente dito e forma de apresentação dos resultados. Em função das características da estrutura de concreto que deve ser analisada e segundo o maior ou menor grau de precisão desejado, deve ser escolhido um dos seguintes tipos que melhor se adequar à situação: Energia de percussão de 2,25 N.m com ou sem fita registradora automática (este tipo pode ser utilizado em casos normais de construção de edifícios e postes, não devendo ser utilizado em concretos com resistência à compressão inferior a 8MPa); Energia de percussão de 0,75 N.m com ou sem fita registradora automática (este tipo é apropriado para elementos, componentes e peças de concreto de pequenas dimensões e sensíveis aos golpes); Energia de percussão de 30 N.m (este tipo é mais indicado para obras de grandes volumes de concreto, concreto massa e pistas protendidas de aeroportos); 21

22 Energia de percussão de 0,90 N.m com ou sem aumento da área da calota esférica da ponta da haste (é indicado para concretos de baixa resistência). O tempo e o uso do esclerômetro alteram as características das molas produzindo desgaste e aumento do atrito entre as partes deslizantes e móveis. O esclerômetro deve então ser aferido periodicamente, através de ensaios comparativos simples, que permitam identificar imediatamente a eventual alteração da resposta do aparelho. Para aferição do aparelho é recomendado: Utilizar uma bigorna especial de aço, que na superfície destinada ao impacto, apresente dureza Brinell de 5000 MPa e forneça índices esclerométricos de cerca de 80%; Nesses impactos de aferição devem ser efetuados pelo menos nove impactos na bigorna, caso o índice esclerométrico médio esteja abaixo de 75%, o esclerômetro não deve ser empregado, devendo então ser calibrado; Nenhum índice esclerométrico individual obtido dentre os nove impactos deve diferir do índice esclerométrico médio em mais ou menos 3 quando isso ocorrer o aparelho não pode ser empregado, devendo ser calibrado; O coeficiente de correção do índice esclerométrico deve ser obtido pela fórmula: onde: nie k = IE k = coeficiente de correção do índice esclerométrico; n = número de impactos na bigorna de aço; IE nom = índice esclerométrico nominal do aparelho na bigorna de aço, fornecido pelo fabricante; IE i = índice esclerométrico obtido dos (pelo menos nove) impactos do esclerômetro na bigorna de aço. nom j O esclerômetro de reflexão não deve ser utilizado quando o índice esclerométrico for igual ou menor que 20%. O aparelho deve ser aplicado preferencialmente na posição horizontal e conseqüentemente sobre superfícies verticais. Sendo necessário aplicar em posições diversas, o índice esclerométrico deve ser corrigido com os coeficientes fornecidos pelo fabricante do aparelho. Esses coeficientes levam em consideração a ação da gravidade e são variáveis para cada tipo de aparelho, sendo máxima 22

23 aditiva para ângulo igual a 90º (laje de teto) e máxima subtrativa para ângulo igual a +90º (laje de piso) Superfícies a Serem Ensaiadas Para a aplicação desse ensaio, as superfícies do concreto devem ser secas ao ar, limpas e preferencialmente planas. Superfícies irregulares, ásperas, curvas ou talhadas não fornecem resultados homogêneos e devem ser evitadas. Concretos equivalentes, na construção de superfícies horizontais, confinadas ou não, devido aos fenômenos de segregação e exsudação apresentam índices esclerométricos diversos de superfícies verticais. Ensaios esclerométricos nessas superfícies só podem ser executados desde que as camadas alteradas sejam removidas e que se consiga, por polimento, uma superfície plana e adequada ao ensaio. Superfícies úmidas ou carbonatadas devem ser evitadas. Caso se deseje ensaia-las, devem ser adequadamente preparadas, se necessário, aplicados coeficientes de correção, e declarados na apresentação dos resultados Área de Ensaio As áreas de ensaio (região da superfície de concreto em estudo onde se efetua o ensaio esclerométrico), devem ser preparadas por meio de polimento energético com prisma ou disco de carburundum através de movimentos circulares. Toda poeira e pó superficial devem ser removidos a seco, preferencialmente. A área de ensaio deve estar distante, no mínimo 50 mm, de cantos e arestas das peças, e deve ser superior a 5000 mm 2 (70 x 70mm) e inferior a mm 2 (200 x 200mm). As áreas devem estar geométrica e uniformemente distribuídas pela região da estrutura que está sendo analisada. O número mínimo de áreas de ensaio deve ser em função da própria heterogeneidade do concreto, aumentando com esta. É aconselhável pelo menos uma área de ensaio por elemento, componente ou peça de concreto que está dentro da região de estudo. 23

24 Em peças com grandes volumes de concreto é aconselhável que sejam avaliadas com pelo menos duas áreas de ensaio, localizadas preferencialmente em faces opostas. Caso se apresentem heterogêneas, aumenta-se o número de áreas de ensaio a serem examinadas Impactos Em cada área de ensaio devem ser efetuados no mínimo 9 e no máximo 16 impactos. A distância mínima entre os centros de dois impactos deve ser de 30 mm, que devem estar uniformemente distribuídos na área de ensaio. Para a demarcação desta área usa-se a régua graduada e o giz Devem ser evitados impactos sobre agregados, armadura, bolhas, etc. Não é permitido mais de um impacto sobre um mesmo ponto. Quando isto ocorrer o valor lido não deve ser considerado no cálculo dos resultados Esbeltez dos Elementos, Componentes e Peças de Concreto As peças, elementos e componentes de concreto devem ser suficientemente rígidos para evitar interferência de fenômenos de ressonância, vibração e dissipação de energia, no resultado obtido. Aconselha-se nesses casos, a colocação de um apoio na face oposta à área de ensaio. Elementos e componentes com dimensão inferior a 100mm na direção do impacto podem ser ensaiados com cuidados especiais. O esclerômetro deve ser aplicado na posição de maior inércia da peça ou componente estrutural. A norma NBR 7584 se aplica às seguintes condições: Os ensaios em concreto por método esclerométrico não são considerados substitutos de outros métodos, mas sim um método adicional ou um ensaio complementar; Os métodos esclerométricos fornecem informações a respeito da dureza superficial do concreto, cerca de 20mm de profundidade no caso de se operar com esclerômetros de energia de percussão em torno de 2,25 N.m; 24

25 Este método fornece apenas uma boa medida da dureza relativa da superfície de concreto sendo as correlações com as suas demais propriedades, determinadas empiricamente, ou verificadas através de outros ensaios específicos; Os métodos esclerométricos são empregados nas seguintes circunstancias: - averiguação da uniformidade da dureza superficial do concreto; - comparação de concretos com um referencial: isto pode se aplicar a casos onde se deseje comparar a qualidade de peças de concreto. Pode se aplicar também como um recurso a mais no controle de qualidade de peças pré-moldadas. Neste caso o índice esclerométrico crítico pode ser pré-avaliado por ensaios de desempenho do componente de concreto. - estimativa da resistência à compressão do concreto: esta avaliação depende sempre de um número elevado de variáveis. Não se recomenda utilizar este método na avaliação direta da resistência à compressão do concreto, a não ser que se disponha de uma correlação confiável efetuada com os materiais em questão Fatores que Influenciam os Resultados Tipo de cimento influencia na obtenção do índice esclerométrico, sendo necessário proceder a novas correlações sempre que houver mudança do tipo de cimento; Tipo de agregado diferentes tipos de agregados podem fornecer concretos com mesma qualidade, porém com diferentes índices esclerométricos. Quando se emprega agregados leves ou pesados, esta variação é ainda mais acentuada; Tipo de superfície o estado da superfície a ser ensaiada é normalmente o que mais acarreta variabilidade dos resultados; Condições da umidade da superfície uma superfície úmida pode provocar uma subestimativa da qualidade do concreto. No concreto estrutural o índice esclerométrico pode indicar resistência de até 20% inferior àquela indicada para um concreto seco, equivalente. Carbonatação concretos carbonatados dão uma superestimação da resistência que em casos extremos pode ser superior a 50%. Devem ser estabelecidos coeficientes corretivos a fim de minorar o efeito de carbonatação (que pode ter espessura de 10mm a 20mm) a fim de obter a dureza do concreto não carbonatado; Idade a influência da idade na dureza superficial do concreto em relação à dureza obtida nas condições normalizadas (em geral 28 dias), ocorre devido a diferença de cura, de carbonatação, etc. esse fato distorce a correlação com a resistência estabelecida para as 25

26 condições normalizadas. Portanto essas correlações não são automaticamente válidas para idades superiores a 60 dias, nem inferiores a sete dias. Operação do aparelho o esclerômetro dever ser operado por elemento qualificado para tal, que imprima durante a operação pressões uniformes. Outros fatores que influenciam a correlação dos índices esclerométricos com a resistência à compressão de concreto são: massa específica do concreto, esbeltez do membro estrutural ensaiado, proximidade da zona de ensaio de uma falha, estado de tensão do concreto, temperatura do esclerômetro e a do concreto, consumo do cimento, tipo de cura e superfícies calcinadas por altas temperaturas (incêndio) Resultados 1. Calcular a média aritmética dos n (9 a 16) valores individuais dos índices esclerométricos correspondestes a uma única área de ensaio (M I). IE MI = n 2. Desprezar todo índice esclerométrico individual que esteja afastado de mais ou menos 10% do valor médio obtido. 3. Calcular a nova e definitiva média aritmética com os índices restantes (M II). IE MII = * n n* = valores compreendidos entre os limites superiores e inferiores. 4. Corrigir, se necessário, o valor médio do índice esclerométrico obtido de uma área de ensaio para um índice correspondente à posição horizontal. Os coeficientes de correção devem ser fornecidos pelo fabricante do esclerômetro. 5. O valor obtido conforme itens 1 a 4, denomina-se índice esclerométrico médio da área de ensaio e deve ser indicado por IE. 6. Obter o índice esclerométrico médio efetivo (IE) de cada área de ensaio com o valor de IE e do coeficiente de correção indicado no capítulo 6.3.1, usando a fórmula: IE = K. IE Obs: Em alguns casos pode ser necessário aplicar outros coeficientes de correção devidos à umidade, cura, idade, carbonatação, etc, a critério dos profissionais envolvidos no estudo e desde que declarados na apresentação dos resultados. 7. De cada área de ensaio obtém-se um único índice esclerométrico médio efetivo. 26

27 8. A apresentação dos resultados deve conter as informações de 8.1 a 8.8: 8.1. Modelo de esclerômetro de reflexão utilizado Índices esclerométricos individuais da aferição do aparelho e de cada área de ensaio Posição do aparelho para a obtenção de cada índice esclerométrico de cada área de ensaio Coeficientes utilizados na correção de cada um dos índices esclerométricos, em função da posição do aparelho O valor do índice esclerométrico médio (IE) de cada área de ensaio Coeficientes utilizados nas eventuais correções em função de umidade, cura idade, carbonatação, etc O valor do índice esclerométrico médio efetivo (IE) de cada área de ensaio Todas as demais informações que ainda se fizerem necessárias. A resistência é calculada pela seguinte fórmula (ensaio na horizontal): 2,0535 0,19 MII R = (MPa) 10 Limite Superior = média I x 1,10 Limite Inferior = média II x 0,90 Obs: Quando se desejar avaliar a resistência à compressão do concreto é conveniente apresentar também as correlações empregadas ULTRA-SOM Introdução Existem diversos estudos no sentido de se determinar uma propriedade física do concreto que pudesse ser relacionada com a resistência à compressão. Conseguiram-se bons resultados pela determinação da velocidade de ondas longitudinais através do concreto. A relação é bastante complexa, mas sob determinadas condições, essas grandezas estão relacionadas. O fator comum é a massa específica: uma variação da massa específica resulta na variação de velocidade dos pulsos e na variação de resistência do concreto. A Figura 3.2 apresenta um esquema de funcionamento de pulsos ultra-sônicos. 27

28 O ultra-som é um método baseado em vibrações próximas das do som. Detecta descontinuidades internas em materiais, baseando-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas quando encontram obstáculos à sua propagação, dentro do material. Um pulso ultra-sônico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, encostado ou acoplado ao material. Os pulsos ultra-sônicos refletidos por uma descontinuidade, ou pela superfície oposta da peça, são captados pelo transdutor, convertidos em sinais eletrônicos e mostrados na tela de LCD ou em um tubo de raios catódicos (TRC) do aparelho. A propagação das ondas ultra-sônicas se processa com um deslocamento de sucessivos elementos no meio. Os deslocamentos continuam de um lado para o outro, sempre diminuindo de amplitude. Os ultra-sons são ondas acústicas com freqüências acima do limite audível, normalmente, situadas na faixa de 0,5 a 25 MHz. Geralmente, as dimensões reais de um defeito interno podem ser estimadas com uma razoável precisão, fornecendo meios para que a peça ou componente em questão possa ser aceito, ou rejeitado, baseando-se em critérios de aceitação da norma aplicável. Utiliza-se ultra-som também para medir espessura e determinar corrosão com estrema facilidade e precisão. 28

29 O ensaio ultra-sônico é, sem sombra de dúvidas, o método não destrutivo mais utilizado e o que apresenta o maior crescimento, para a detecção de descontinuidades internas nos materiais. Tratando-se de um ensaio não destrutivo, o ultra-som apresenta largas possibilidades de aplicação no estudo da patologia do concreto e no controle de sua qualidade. Podem ser úteis na investigação de falhas de concretagem, de trincas ou fissuras e da resistência do concreto como uma verificação adicional de controle de estruturas já prontas Histórico O primeiro estudo utilizando o método de freqüência de ressonância foi o de Powers em Nesse método, as provetas podem ser obrigadas a vibrar longitudinal ou transversalmente, às vezes, impõem-se também vibrações de torção. Pela determinação da velocidade de propagação, os primeiros estudos para a determinação não destrutiva das propriedades mecânicas do concreto em obra foram apresentados em 1945 no Jounal of the American Concrete Institute. Durante os anos de 1946 e 1947, estudos da Hydro-Eletric Power Comission of Ontario desenvolveram um aparelho que designaram por soníscope, o qual permite determinar a velocidade de propagação de ondas ultra-sonoras no concreto. Em 1949, no Canadá, Leslie e Cheesmann determinaram pela primeira vez a profundidade de uma fissura no concreto Ondas Ultra-Sônicas Onda é uma perturbação que se propaga através de um meio. Toda onda transmite energia, sem transportar matéria. São conhecidos três tipos básicos de ondas: Onda Longitudinal (ondas de compressão): 29

30 São ondas cujas partículas oscilam na direção de propagação da onda, podendo ser transmitidas a sólidos, líquidos e gases. Em decorrência do processo de propagação, este tipo de onda possui uma alta velocidade de propagação, característica do meio e são as mais utilizadas. Ondas Transversais (ondas de cisalhamento): Uma onda transversal é definida quando as partículas do meio vibram na direção perpendicular ao de propagação. Neste caso, observamos que os planos de partículas mantém-se na mesma distância um do outro, movendo-se apenas verticalmente, é o caso do movimento das cordas do violão. Ondas de Superfície: Consiste em vibrações longitudinais e transversais Aplicando o Ultra-Som O ensaio consiste em fazer com que o ultra-som, emitido por um transdutor, percorra o material a ser ensaiado, efetuando-se a verificação dos ecos recebidos de volta, pelo mesmo ou por outro transdutor. Como o ultra-som deve passar do transdutor para a peça com o mínimo de interferência, há necessidade de colocar um elemento, o acoplante, que faça esta ligação, evitando o mau contato. Este acoplante pode ser óleo, água, glicerina, graxa, etc. Quanto maior a velocidade do pulso ultrasônico, melhor qualidade do concreto ensaiado Técnicas Usadas em Ultra-Som Técnica Direta: A técnica de transmissão direta usa dois transdutores ultra-sônicos localizados em lados opostos do objeto a ser inspecionado. Um transdutor atua como transmissor de ultra-som e o outro, alinhado com o primeiro, atua como receptor. Os transdutores podem estar em contato com o material de teste, ou o objeto de teste pode ser imerso em um tanque de líquido acoplante. Quando a peça não apresenta descontinuidades, todo o sinal emitido é recebido pelo segundo transdutor. Na presença de descontinuidades, parte ou toda energia sônica é refletida, e consequentemente, menor ou nulo será o sinal recebido pelo transdutor receptor. 30

31 Técnica Indireta: É um ensaio comum de emissor/receptor, que utiliza dois transdutores angulares, um como transdutor emissor e o outro receptor, fixos a um gabarito com distância também fixa entre eles. Esse método é utilizado para detecção de defeitos perpendiculares à superfície da peça (profundidade das trincas). Permite o ensaio em uma certa zona de profundidade preestabelecida. O transdutor receptor só apresenta um sinal quando existe uma descontinuidade. Técnica Semidireta: A técnica semidireta detecta falhas internas. Opera com um transdutor angular como emissor e outro normal ou reto como receptor Vantagens e Limitações em Comparações com Outros Ensaios Assim como todo ensaio não-destrutivo, o ensaio ultra-sônico, possui vantagens e limitações nas aplicações, como segue: Vantagens: O método ultra-sônico possui alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, por exemplo: trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia); Para interpretação das indicações, dispensa processos intermediários, agilizando a inspeção; A localização, avaliação do tamanho e interpretação das descontinuidades encontradas são fatores intrínsecos ao exame ultra-sônico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho mas não sua profundidade e em muitos casos este é um fator importante para proceder um reparo. Limitações: Requer grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor; O registro permanente do teste não é facilmente obtido; 31

32 Faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicação do método; Requer o preparo da superfície para sua aplicação. Em alguns casos de inspeção de solda, existe a necessidade da remoção total do reforço da solda, que demanda tempo de fábrica Fatores que Influenciam na Velocidade de Propagação e Consideração dos seus Efeitos nos Ensaios O valor medido da velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas no concreto é influenciado por um grande número de variáveis e em todos os graus de intensidade. O módulo de elasticidade e a resistência mecânica do concreto são os fatores preponderantes que determinam a velocidade de propagação. A velocidade de propagação é naturalmente determinada pela idade do concreto. Além da idade e das características elasto-mecânicas, a velocidade de propagação do som no concreto é determinada por uma série de outros fatores, como: Densidade do Concreto: quando são testados concretos mais densos (pesados), verifica-se um aumento da velocidade de propagação dos impulsos ultra-sônicos; Tipo, densidade e outras características dos agregados; Tipo de cimento; Fator água/cimento utilizado no preparo do concreto; Umidade da peça quando ensaiada; Possível existência de aço (em concreto armado), tanto pela qualidade quanto pela quantidade do mesmo; Direção do ensaio na peça; Tipo de adensamento do concreto; Possivelmente outros fatores Relações entre ultra-som e outros ensaios Classificação da qualidade dos concretos com base na velocidade de pulsos: 32

33 Velocidade de pulsos longitudinais (km/s) Qualidade do concreto > 4,5 Excelente 3,5 4,5 Boa 3,0 3,5 Duvidosa 2,0 3,0 Pobre < 2,0 Muito pobre 33

34 3.5 - RADIOGRAFIA, RADIOSCOPIA E GAMAGRAFIA Introdução Métodos atômicos, apesar de não conduzirem a avaliação da resistência do concreto, estão enquadrados nos ensaios não destrutivos, pois permitem determinar algumas propriedades do 34

35 concreto, bem como do aço (concreto armado). Consistem no emprego de emissões do átomo ou do núcleo atômico radioativado. O método está baseado na mudança da atenuação da radiação eletromagnética (Raios X ou Gama), causada pela presença de descontinuidades internas, quando a radiação passar pelo material e deixar sua imagem gravada em um filme, sensor radiográfico ou em um intensificador de imagem. Para identificação de fissuração subsuperficial ou em zonas inacessíveis usa-se a Radiografia (esta última utilizando os Raios X ou Gama) Radiografia É a técnica convencional via filme radiográfico, com gerador de Raio X por ampola de metal cerâmica. Um filme mostra a imagem de uma posição de teste e suas respectivas descontinuidades internas. A radiografia utiliza equipamentos pesados e caros além de envolver perigos para os seres vivos que inadvertidamente se exponham às radiações eletromagnéticas durante a realização dos ensaios não destrutivos. Por isso que a sua execução impõe cuidados e normas especiais. A radiografia obtém-se por exposição da peça que se pretende avaliar, devidamente orientada segundo o melhor ângulo e de acordo com o tipo de defeito que se pretende identificar e também com as características geométricas do componente. Este método pressupõe uma fonte de radiação eletromagnética suficientemente potente para poder atravessar as paredes metálicas dos componentes durante um intervalo de tempo proporcional à espessura a inspecionar, à potência da fonte de radiação e à distância entre a fonte e a peça. Imediatamente por detrás da superfície a avaliar é colocada uma película radiográfica que, ao ser atingida pelas radiações, irá ser impressionada de acordo com a quantidade de radiação que a atinge (como nas fotografias). A maior ou menor quantidade de radiação que chega à película depende da existência de zonas sem material a que correspondem fissuras, ocos, poros, etc., que por não absorverem energia permitem a passagem de maior quantidade em direção à película. Após a revelação da película radiográfica, a presença dos eventuais defeitos irá aparecer sob a forma de riscos e marcas mais escuras. Tal como em outros ensaios não destrutivos, é necessário 35

36 distinguir entre anomalias inócuas e defeitos significativos. Para isso, devem usar películas de sensibilidade apropriada e a sua revelação deve se realizar de acordo com padrões internacionalmente aceitos. Uma vez mais, a experiência e competência dos executantes e intérpretes são fundamentais para uma correta avaliação. Este método é sempre utilizado perante zonas inacessíveis ou para avaliar áreas que se encontram escondidas por detrás de grandes espessuras. Assim, para grandes espessuras aumentam-se a potência da fonte de radiação ou o tempo de exposição. A fonte de radiação pode ser um equipamento de emissão de Raios X em que a potência radioativa é controlada eletricamente e o feixe de radiação pode ser dirigido segundo um cone de dispersão orientável. Este equipamento é caro e apenas necessita de alimentação elétrica para a sua utilização Gamagrafia Quando se coloca um material na trajetória da radiação de uma fonte radioativa, parte da radiação é absorvida e parte difundida, dependendo da densidade do material. A intensidade da radiação difundida é medida através de um contador de Geiger. O equipamento Gama independe de qualquer fonte de energia elétrica, pois está sempre emitindo irradiações, cuja intensidade varia com a atividade da fonte. Tem como fonte de radiação um componente radioativo, chamado de isótopo radioativo, que pode ser o Irídio, Cobalto, Túlio, Césio, ou modernamente o Selênio. (a) Irídio 192 (192Ir) O Irídio-192 é obtido a partir do bombardeamento com nêutrons do isótopo estável Ir-191. Suas características são: - Meia -Vida= 74,4 dias - Energia da Radiação = 0,137 a 0,65 MeV - Faixa de utilização mais efetiva = 10 a 40 mm de aço (b) Cobalto 60 (60Co) O Cobalto-60 é obtido através do bombardeamento por nêutrons do isótopo estável Co-59. Suas principais características são: 36

37 - Meia -Vida= 5,24 anos - Energia da Radiação = 1,17 e 1,33 MeV - Faixa de utilização mais efetiva = 60 a 200 mm de aço Esses limites dependem das especificações técnicas da peça a ser examinada e das condições da inspeção. (c) Túlio 170 (170Tu) O Túlio-170 é obtido com o bombardeamento por nêutrons do isótopo estável, Túlio-169. Como esse material é extremamente difícil de produzir, o material é geralmente manuseado sob a forma de óxido. Suas principais características: - Meia -Vida= 127 dias - Energia da Radiação = 0,084 e 0,54 MeV (o espectro do Túlio possui também radiação de Bremsstrahlung, que é a radiação liberada pelo freiamento dos elétrons em forma de partículas beta) - Faixa de utilização mais efetiva = 1 a 10 mm de aço (d) Césio 137 (137Cs) O Césio-137 é um dos produtos da fissão do Urânio-235. Este é extraído através de processos químicos que o separam do Urânio combustível e dos outros produtos de fissão. Suas características principais são: - Meia -Vida= 33 anos - Energia da Radiação = 0,66 MeV - Faixa de utilização mais efetiva = 20 a 80 mm de aço É uma fonte de radiação quase sem utilidade no momento, em razão das dificuldades de obtenção e da má qualidade do filme radiográfico. (e) Selênio 75 (75Se) - Meia -Vida= 125 dias - Energia da Radiação = de 0,006 a 0,405 MeV - Faixa de utilização mais efetiva = 4 a 30 mm de aço A saída da fonte radioativa do seu bloco de estocagem, durante o período de exposição, deve ser obrigatoriamente feita com controle remoto a uma distancia suficiente para limitar a exposição do pessoal. 37

38 A zona de trabalho deve ter dimensões tais que, nos meus limites, os equivalentes das dosagens máximas admissíveis para pessoas diretamente ligadas ao trabalho sob irradiação. Essa zona pode ser reduzida pelo emprego de urânio, tungstênio ou chumbo. Convém lembrar que, para efetuar a radiografia de uma peça de concreto, é preciso que se tenha acesso às duas faces, pois numa delas se posiciona a parte emissora e na outra o receptor (filme). A fim de posicionar a emissora em qualquer lugar, é preciso ter fora dos aparelhos meios que permitam ejetar a fonte. Esses meios, denominados de controle remoto, podem ser manuais ou elétricos. No caso de um controle remoto manual (aparelho para Irídio 192), não se pode ejetar a fonte senão a uma distância de 8 metros. Para os controles remotos elétricos (Cobalto 60), a ejeção é de 15 metros na horizontal e 12 na vertical. Os equipamentos que utilizam os isótopos radioativos são constituídos, basicamente, por uma caixa-contentora, com dimensões aproximadas a uma mala pequena, construída em chumbo e concreto para conter as radiações. Ao contrário dos equipamentos de Raios X que só produzem radiação quando são ativados, as fontes de Raios Gama estão constantemente a emitir radiação em todas as direções. Enquanto essa fonte se encontra no interior dos contentores a radiação libertada é absorvida pelas paredes dos mesmos. Uma vez a fonte exposta no exterior, a radiação liberta pode ser utilizada para impressionar uma película radiográfica. Os isótopos radioativos obedecem a uma lei física que determina que ao fim de um determinado período de tempo (horas, dias, meses ou anos) a potência radioativa decai para metade e assim sucessivamente ao fim de cada período com a mesma duração. Este fato determina o desgaste das fontes radioativas o que onera a exploração deste método radiográfico. No caso particular do Irídio 192, a sua massa e potência radioativa decaem para metade ao fim de cada período de 74,4 dias. Para além do custo de exploração inerente ser bastante elevado (para um baixo investimento inicial) por oposição ao método de Raios X (em que o investimento inicial é elevado, mas o custo de exploração baixo) os perigos inerentes à utilização e operação de um equipamento de Raios Gama são muito superiores relativamente à utilização dos Raios X. Por este motivo e para se eliminar o manuseamento de material radioativo, este processo está proibido em muitos países e em muitas atividades, por isso em extinção. 38

39 As vantagens em relação aos Raios X residem em utilizarem equipamentos de menores dimensões (embora maior peso) e potências radioativas maiores o que permite maior produtividade na realização dos ensaios Radioscopia A peça é manipulada a distância dentro de uma cabine a prova de radiação, proporcionando uma imagem instantânea de toda peça em movimento, portanto tridimensional, através de um intensificador de imagem acoplado a um monitor de TV. Imagens da radioscopia agrupadas digitalmente de modo tridimensional em um software possibilita um efeito de cortes mostrando as descontinuidades em três. Cuidados: Os executantes de ensaios não destrutivos, acima descritos, devem ser constantemente vigiados através de análises do sangue e usar dosímetros ou placas detectoras, a fim de controlar as doses radioativas a que ficaram expostos durante um determinado período. A radiografia é aplicada sob a forma de ensaios não destrutivos em concreto em casos especiais devido ao custo elevado e aos cuidados adicionais quanto a radioproteção, além de tempos extremamente altos nos casos de grandes estruturas RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO DE PINOS Introdução Nos anos 60, nos Estados Unidos, desenvolveu-se a técnica de correlacionar a resistência do concreto e a profundidade de penetração de um pino ou de um parafuso disparados com uma pistola contra uma superfície de concreto. Este método é baseado na determinação do comprimento de penetração de sondas, ou pinos, no concreto, determinando a resistência à penetração do material, que pode ser relacionada com sua resistência. Atualmente, o equipamento mais utilizado para a realização deste ensaio é a pistola de 39

40 Windsor. Para ensaiar concretos comuns, utilizam-se pinos com 7,9mm de diâmetro, ambos com 79,5mm de comprimento Descrição do método O método consiste no disparo de pinos, com uma pistola, que penetram no concreto. A essência do método envolve a energia cinética inicial do pino e a absorção de energia pelo concreto. O pino penetra no concreto até que sua energia cinética inicial seja totalmente absorvida pelo concreto. Parte da energia é absorvida pela fricção entre o pino e o concreto, e outra parte na fratura do concreto. A profundidade da penetração dos pinos é usada para estimar a resistência do concreto usando-se curvas de calibração. O sistema disponível internacionalmente denomina-se Windsor Probe. No Brasil faz-se uma adaptação do método, utilizando-se pistolas e pinos da marca WALSYWA. Este método pode ser empregado em concretos com agregados de dimensão máxima característica de até 50mm, com superfície lisa ou áspera. Com ele pode-se avaliar o concreto entre 25mm e 75mm abaixo da superfície. Para a execução do ensaio, deve-se marcar sobre a superfície a ser ensaiada um triângulo eqüilátero com 178mm de lado, e crava-se um pino com 7,9mm de diâmetro e 79,5mm de comprimento em cada vértice e mede-se o comprimento exposto do pino, que deve ser superior a 25mm (limite das curvas de calibração) Vantagens e limitações O equipamento usado neste método é simples e durável, e também não muito sensível à experiência do operador. O método é útil no monitoramento da resistência do concreto, causando danos reduzidos na peça estrutural. Para a realização do ensaio é necessário o acesso apenas a uma face da estrutura. É necessário evitar barras de aço, no caso do concreto armado, e tomar os cuidados inerentes à utilização de uma arma 40

41 de fogo. Após as medições, devem ser retirados os pinos, deixando um dano na superfície em torno de 75mm de diâmetro Aplicações O método é usado para estimar a resistência à compressão e uniformidade do concreto. Como o ensaio pode ser feito com disparos através da madeira, pode-se estimar a resistência antes da retirada das fôrmas. A estimativa de resistência apresenta acurácia em torno de 15% a 20%, desde que os corpos de prova sejam moldados, curados e ensaiados sob condições idênticas àquelas com as quais foram estabelecidas as curvas de calibração Fatores que influenciam os resultados do ensaio A resistência tanto da argamassa quanto dos agregados influenciam na profundidade de penetração dos pinos. Para um determinado concreto e um dado equipamento de ensaio, a relação entre resistência à compressão e resistência à penetração poderá ser estabelecida experimentalmente. A correlação poderá mudar de acordo com o tipo de cura, tipo e tamanho do agregado e nível de resistência desenvolvido no concreto. Devido à penetração do pino no concreto, os resultados deste ensaio não são influenciados pela textura e a umidade da superfície, no entanto a superfície deve ser limpa e plana. O tipo de agregado apresenta grande influência nos resultados do ensaio, tanto que os fabricantes dos equipamentos consideram apenas a dureza do agregado para a confecção das curvas de calibração. A correlação entre o comprimento exposto do pino e a resistência à compressão do concreto, segundo dois tipos de agregados, são apresentadas pelas expressões abaixo: - para agregado calcáreo: R = 1,49x 38,26 - para agregado granítico: R = 1,565x 46,014 Não existe uma análise teórica rigorosa sobre este ensaio devido à complexidade das tensões desenvolvidas durante a cravação do pino e a natureza heterogênea do concreto. 41

42 3.7 - MÉTODO DA MATURIDADE Como é sabido, a resistência de um concreto é função da idade e do histórico de temperaturas. A temperatura possui um efeito dramático no desenvolvimento da resistência do concreto em idades baixas. Este método propõe que a medição do histórico de temperatura durante o período de cura pode ser usado para calcular um fator para estimar a resistência do concreto, chamado fator de maturidade. Algumas pesquisas sugerem que a maturidade do concreto depende do produto tempo e temperatura: M = Σ (T-T 0 ) t T = temperatura de cura McIntosh s - 11ºC T 0 = datum temperature Saul -10,5ºC Plowman -12ºC usual -10ºC Como a temperatura afeta a idade do concreto, pode-se calcular uma idade equivalente de cura pela expressão: Nurse-Saul t e = Σ (T-T 0 ) t (T r -T 0 ) T r = temperatura de referência (20ºC a 23ºC) Exemplo: T =43ºC; T r = 23ºC; t = 2h; t e =3,2h Outra expressão dada por Weaver e Sadgrove é: t e = Σ (T+16) 2 t 1296 Esta expressão é válida para temperatura ambiente de 20ºC, fornecendo melhores resultados. 42

43 Existem diversos estudos que correlacionam a maturidade e a resistência à compressão. Em 1956, Nykanen propôs a seguinte expressão: S = S (1-e -KM ) onde: S resistência à compressão S limite de resistência à compressão M maturidade K constante que depende do fator a/c e do tipo de cimento Plowman propôs a expressão: S = a + b.log (M) onde a e b são constantes relacionadas com o fator a/c e o tipo de cimento. 3.8 CARBONATAÇÃO E ph O método consiste em evidenciar a diferença de ph entre o concreto e a frente de carbonatação por meio de aspersão de indicadores químicos. (Kazmierckzak, Helene 1993). Pode-se verificar a profundidade, ou extensão, da carbonatação tratando-se, com solução aquosa-alcoólica de fenolftaleína a 1%, numa área recém-exposta do concreto. Quando não há carbonatação, aparece a coloração róseo-avermelhada, característica da fenolftaleína em meio fortemente alcalino; e se a área estiver carbonatada, permanecerá inalterada. Pode-se usar um algodão umedecido, com a solução de fenolftaleína, ou um frasco com spray, para contatar a área exposta em diferentes profundidades. A fenolftaleína apresenta coloração róseo-avermelhada com valores de ph iguais ou superiores a 9,5 aproximadamente e incolor abaixo desse valor. (GENTIL, 1982). O concreto possui uma alta alcalinidade graças, principalmente, à presença do Ca(OH) 2 liberado das reações de hidratação do cimento. Acontece que esta alcalinidade pode ser reduzida com o tempo, fazendo com que o concreto funcione como um verdadeiro eletrólito. Muitos pesquisadores têm proposto Um valor crítico para o ph do concreto que varia de 11,5 e 11,8, abaixo do qual já não se assegura a manutenção da passivação (proteção) de suas armaduras. Por definição, ph é logaritmo negativo na base 10 da atividade ao da concentração de íons hidrogênio. = = 1 43

44 Para a estimativa do valor do ph pode-se utilizar um indicador em forma de lápis. 3.9 PACOMETRIA Consiste em determinar a localização das armaduras. Equipamentos mais sofisticados também determinam diâmetro e cobrimento. O princípio da medição do recobrimento por pacometria consiste em medir as perturbações provocadas pela presença de um objeto metálico colocado num campo electromagnético emitido por um sistema de bobinas. O aparelho analisa os sinais induzidos por este campo e calcula o recobrimento e/ou o diâmetro dos aços situados no aprumo do sensor PIT/ECD O PIT é um ensaio que visa principalmente determinar a variação ao longo da profundidade das características do concreto de estacas de fundação. A forma usual do ensaio consiste na colocação de um acelerômetro de alta sensibilidade no topo da estaca sob teste, e na aplicação de golpes com um martelo de mão. Os golpes geram uma onda de tensão, que trafega ao longo da estaca, e sofre reflexões ao encontrar qualquer variação nas características do material. Essas reflexões causam variações na aceleração medida pelo sensor. Quando uma estaca é atingida pelo impacto de um martelo, uma onda de tensão é gerada. Esta onda se propaga ao longo do fuste com uma velocidade que é função exclusivamente das características do material da estaca. À medida que se propaga, a onda sofre reflexões em seu trajeto. Essas reflexões podem ser provocadas por variações nas características do material da estaca, pela presença de atrito lateral ou resistência de ponta, ou pela própria ponta da estaca. Qualquer variação de impedância ao longo da estaca provoca reflexões da onda. Estas reflexões, ao atingirem o ponto onde está instalado o sensor, provocam uma variação brusca na velocidade de deslocamento da partícula neste ponto. O uso mais comum do ensaio PIT é o de detectar falhas na concretagem de estacas de concreto moldadas "in loco". No entanto, o ensaio pode também ser usado para determinar ou confirmar o comprimento de estacas de concreto. Este ensaios não fornece informações sobre a capacidade de carga de estacas; para isto utiliza-se o Ensaio de Carregamento dinâmico (ECD). 44

45 O Ensaio de Carregamento Dinâmico, também chamado de ensaio dinâmico ou prova de carga dinâmica, é um ensaio que objetiva principalmente determinar a capacidade de ruptura da interação estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais. A metodologia do ECD encontra-se normalizada através da NBR-13208, de outubro de Ele difere das tradicionais provas de carga estáticas pelo fato do carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema de percussão adequado. A medição é feita através da instalação de sensores no fuste da estaca. O sinal dos sensores são enviados por cabo ao equipamento PDA, que armazena e processa os sinais "on line". O principal objetivo do ECD é o de obter a capacidade de ruptura do solo. Entretanto, paralelamente muitos outros dados podem ser obtidos pelo ensaio. Alguns dos mais importantes são: - Tensões máximas de compressão e de tração no material da estaca durante os golpes. - Nível de flexão sofrido pela estaca durante o golpe. - Informações sobre a integridade da estaca, com localização de eventual dano, e estimativa de sua intensidade. - Energia efetivamente transferida para a estaca, permitindo estimar a eficiência do sistema de cravação. - Deslocamento máximo da estaca durante o golpe. - Velocidade de aplicação dos golpes, e estimativa de altura de queda para martelos Diesel de ação simples. - Através da análise CAPWAP, é possível separar-se a parcela de resistência devida a atrito lateral da resistência de ponta, e determinar a distribuição de atrito ao longo do fuste. Essa análise, geralmente feita posteriormente em escritório a partir dos dados armazenados pelo PDA, permite também obter outros dados de interesse, como o limite de deformação elástica do solo POTENCIAL DE CORROSÃO O potencial de corrosão no aço existente em estruturas de concreto armado pode ser medido pela diferença de potencial entre o aço e um eletrodo de referência, neste caso utiliza-se o eletrodo de cobre- sulfato de cobre, que esteja em contato com a superfície de concreto. Este ensaio é descrito pela ASTM C876. Antes de se efetuar o ensaio devem ser observados alguns aspectos relativos à estrutura em análise, são eles: 45

46 - A superfície do concreto não deve apresentar desplacamentos ou trincas; - Deve haver continuidade elétrica entre as barras de aço; - O ensaio deve ser realizado em um dia considerado típico. Alguns cuidados também são necessários para evitar interpretações errôneas dos resultados, de modo que este ensaio não deve ser feito em locais onde haja sintomas evidentes de corrosão, isto porque após a formação dos produtos da corrosão, ocorrem fissuras que quebram a ligação eletrolítica em torno da armadura e ainda certos tipos de carepas de corrosão possuem potenciais elétricos similares aos metais nobres, não indicando a existência da corrosão. Para a execução do ensaio utiliza-se o seguinte procedimento: - Fazer a ligação do equipamento com a armadura; - Verificar a continuidade elétrica entre as armaduras na região de ensaio; - Anotar as anomalias observadas; - Desenhar uma rede de pequenos quadrados na superfície do concreto; - Medir os potenciais elétricos em todos os vértices dos quadrados; - Desenhar um mapa de potencial. O gradiente de potenciais obtido no ensaio indica a direção das correntes de corrosão, que estão correlacionadas com as áreas comprometidas da estrutura. No entanto, somente com os resultados do ensaio de potencial de corrosão não é possível fazer uma avaliação 100% precisa. A ASTM 876 fornece um padrão para a análise dos resultados, sendo: Condição Potencial (mv) Análise. Boa Mais positivos que -200mV Ausência de corrosão. Corrosão iniciada Entre -200mV e -350mV Indícios de corrosão. Inaceitável Mais negativos que -350mV Corrosão ativa. Os resultados podem ser apresentados em forma de curvas de nível, escala de cores ou mapa pontual. 46

47 3.12 EXTRAÇÃO DE TESTEMUNHOS A extração e o ensaio à compressão de testemunhos constituem a técnica mais comumente aceita para estimar a resistência in loco do concreto como material estrutural. Outras informações importantes podem ser coletadas através da inspeção dos mesmos, tais como: compacidade do concreto, homogeneidade, aderência em juntas de construção, espessura de lajes ou placas de pavimento, deterioração do concreto e a verificação de aderência de armaduras, em obras. Também tem importante aplicação na investigação de estruturas com reações expansivas álcaliagregado. Os testemunhos são peças de forma cilíndrica, cúbica ou prismática, que podem ser extraídos do concreto por meio de corte com sonda rotativa ou com disco. Para isso, utiliza-se uma máquina extratora dotada de coroa diamantada e refrigerada à água que realizará as perfurações e cortes no concreto. A extração de testemunhos das estruturas de concreto para avaliação de sua resistência é considerada por vários pesquisadores como o método de maior confiabilidade, por permitir uma avaliação direta do concreto da estrutura. É normalizada pela ABNT NBR 7680:2007. Este texto normativo aborda, detalhadamente, os principais aspectos relativos à extração de testemunhos de concreto, desde a amostragem até a interpretação dos resultados no cálculo da resistência característica do lote de concreto em exame. Este procedimento para a determinação da resistência do concreto nos diâmetros preconizados pela norma brasileira, dado o caráter semi-destrutivo do ensaio, provoca um dano no elemento que se estuda. Qualquer atuação neste sentido deve contemplar previamente a análise da segurança estrutural que se deriva da extração e quanto menor o dano produzido menor será o efeito sobre a mesma. Em muitos casos, a extração de testemunhos com os diâmetros pedidos em norma produzirá danos inaceitáveis na estrutura. Sempre que possível, os testemunhos devem ser extraídos de locais próximos ao centro do elemento estrutural e nunca a uma distância menor do que o um diâmetro do testemunho com relação às bordas ou juntas de concretagem. A distância mínima entre as bordas das perfurações não deve ser 47

48 inferior a um diâmetro do testemunho. A relação entre a altura e o diâmetro deve ser, preferencialmente 2. Em alguns casos pode-se alterar esta relação, porém, faz-se necessário utilizar um fator de correção. A resistência do concreto na data da extração deve ser, sempre que possível, superior a 5,0 MPa no caso do uso de serra ou 8,0 MPa no caso de uso de sonda. Dentre vários fatores, a altura de extração na peça tem influência significativa nos resultados de resistência do concreto. Testemunhos extraídos próximos da superfície superior da estrutura geralmente têm resistência menor. Segregação, exsudação do concreto e cura mal feita são alguns dos responsáveis por estes resultados. Neville observa, porém, que o aumento da resistência dos testemunhos com a profundidade deixa de ser significativa a partir de 300 mm. Em peças verticais de grande altura, como pilares, vários pesquisadores comprovaram a variação sistemática da resistência à compressão de testemunhos extraídos de diferentes alturas de um mesmo pilar, chegando à redução de até 20% entre os concretos de topo e da base do pilar. 48

49 Comparativamente com os corpos-de-prova cilíndricos de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, moldados e curados em condições normais, segundo as normas da ABNT, cujos resultados de ruptura à compressão aos 28 dias de idade, são adotados no Brasil como referência nas análises estruturais, é consenso entre os pesquisadores que, por diversos fatores (deficiência das condições de cura da estrutura, danos causados pelo processo de extração, presença de barras de aço, condições de ruptura, etc.) os testemunhos extraídos apresentam resistências inferiores, para a mesma idade de referência considerada. Pelos diversos fatores intervenientes na resistência final dos testemunhos, são aceitos consensualmente por pesquisadores e entidades normalizadoras, percentuais entre 10% a 30% de redução dessa resistência em relação à resistência potencial dos corpos-de-prova de referência. Independentemente do tipo de estrutura em análise, é tacitamente admitido que a resistência das amostras extraídas não fornece a resistência real do concreto na estrutura, apesar de ser a amostra uma parte integrante desta. Segundo Helene, muitas variáveis, tais como dimensões do componente x dimensões dos testemunhos, condições de contorno, micro fissuras originadas pela extração, histórico do carregamento, etc., impedem que os resultados obtidos do ensaio seja o valor exato da resistência real do concreto da estrutura RESISTIVIDADE ELÉTRICA A resistividade elétrica do concreto é um excelente parâmetro na verificação da existência da corrosão das armaduras, visto que um concreto com alta resistividade elétrica possui pouca possibilidade de apresentar corrosão das armaduras. Em campo, a resistividade elétrica é medida 49

50 através da determinação de diferenças de potenciais elétricos medidos na superfície do concreto causadas por uma pequena corrente de superfície. A relação entre a corrente elétrica e o potencial elétrico é dada pela Lei de Ohm: = Onde R representa a resistência do sistema. Considerando que a resistência elétrica não é uma propriedade do material, mas depende das dimensões do mesmo, é importante determinar a Resistividade elétrica ρ do material, pela expressão: = Onde L é o comprimento e A é a área da seção transversal. Devido à instalação de um processo corrosivo nas armaduras do concreto ocorre o aparecimento de uma corrente elétrica, sendo que o fluxo dessa corrente elétrica é um processo eletrolítico, de modo que o aumento da atividade iônica causa uma diminuição na resistividade do concreto. Essa atividade iônica pode ser aumentada com uma alta relação água-cimento, alto grau de saturação do concreto ou por alta concentração de sais dissolvidos nos poros da massa de concreto, deixando o concreto com baixa resistividade, permitindo, assim, o aparecimento da corrosão das armaduras. O CEB apresenta a seguinte correlação entre a resistividade elétrica do concreto e a taxa de corrosão das armaduras: Resistividade do concreto (Ωm) Taxa de corrosão provável > 200 Despresível 100 a 200 Baixa 50 a 100 Alta < 50 Muito Alta 3.14 PULL-OUT TEST O ensaio de arranchamento consiste em moldar um corpo de prova de concreto contendo um elemento metálico de aço com a extremidade que fica inserida na massa de concreto aumentada. Este elemento metálico é tracionado, medindo-se a força necessária para efetuar o arranchamento com o uso de um dinamômetro. Utilizam-se anéis de reação para definir a forma de ruptura do concreto, de modo que ao se extrair o aço, é formado um cone de ruptura no concreto. Para se efetuar uma avaliação do resultado deste ensaio faz-se necessário correlaciona-lo com a resistência 50

51 à compressão do concreto. É importante ressaltar que esta correlação estabelecida é válida para o concreto ensaiado, ou seja, para concretos que possuam os mesmos materiais e a mesma dosagem PROVA DE CARGA Um dos testes mais convincentes de segurança de uma estrutura já terminada é a prova de carga. Na verdade, ao colocarmos a estrutura nas condições para a qual foi calculada, construída ou reforçada, estamos em condição de observar o seu comportamento. A prova de carga é uma ferramenta muito útil para verificar o estado em que se encontram antigas estruturas, quando uma análise teórica não seja suficiente ou quando haja suspeita de que pelo tempo de uso ou outras causas, sua capacidade de suportar esteja abaixo dos níveis especificados. O nível de carregamento da estrutura durante o ensaio varia de acordo com a finalidade do mesmo. Definindo Ψ como Fator de Carregamento; Fe como Esforço solicitante teórico do Ensaio de prova de carga e Fd como Esforço solicitante teórico de Projeto, pode-se expressar o Fator de Carregamento por: Ψ= A escolha do nível de carregamento é feita segundo a tabela: Ensaio Nível de Carregamento Emprego Básico 0,5<Ψ 1,0 Recepção de estruturas em condições normais de projeto e construção; Estudo do comportamento da estrutura. Rigoroso 1,0<Ψ 1,1 Materiais não atendem aos requisitos de projeto; Desconhecimento do projeto ou condições construtivas; Alteração das condições de utilização; Após acidentes na estrutura. Excepcional Ψ>1,1 Passagem de cargas excepcionais; Fases construtivas que acarretem solicitações excepcionais. Também é impreterível a realização de alguns estudos teóricos antes de se executar uma prova de carga em uma estrutura para se determinar os critérios de ensaio. Os estudos necessários são: - Coeficiente de segurança do ensaio relativamente ao estado último; - Dimensionamento do carregamento para submeter a estrutura às solicitações previamente estabelecidas; 51

52 - Escolha dos efeitos a serem controlados, por exemplo: rotações, deslocamentos, deformações, etc. - Escolha dos pontos da estrutura a serem controlados; - Previsão teórica dos efeitos do ensaio sobre a estrutura; - Previsão da tolerância dos desvios entre o ensaio e as previsões teóricas; - Critérios de aceitação ou liberação para as fases de carregamento OUTROS ENSAIOS Determinação da concentração de cloretos no concreto Potenciometria Quando um metal está imerso em uma solução que contém seus próprios íons, instala-se um potencial de eletrodo, cujo valor é dado pela equação de Nernst, apresentada na expressão abaixo. = + onde E representa o potencial elétrico; E θ é o potencial padrão do eletrodo do metal; R é a constante dos gases (8,3144 J abs/kmol); T é a temperatura em Kelvin; F é a constante de Faraday (96.485,3 J abs/(v abs eq-g)) e n representa o número de elétrons envolvidos. (VOEGEL, 1992) Na equação de Nernst, o termo RT/nF envolve constantes conhecidas, e a uma temperatura de 25ºC, seu valor é de 0,0591V. O potencial elétrico de um metal pode ser medido pela combinação do eletrodo com um eletrodo de referência e pela determinação da força eletro-motriz (f.e.m.) da pilha que se forma. Desse modo, conhecendo-se o potencial do eletrodo de referência é possível determinar o potencial do eletrodo desejado. Em soluções diluídas, a atividade iônica medida será a mesma que a concentração iônica. (VOEGEL, 1992). 52

53 Para a determinação da concentração do íon Cloreto em uma solução pode-se utilizar a potenciometria direta, que utiliza uma única medida do potencial do eletrodo para determinar a concentração, mesmo sem que o íon esteja diretamente envolvido na reação do eletrodo. Para este procedimento usa-se um eletrodo de segunda espécie, como o eletrodo prata-cloreto de prata, conforme exemplo abaixo. (VOEGEL, 1992) O fio de prata pode ser considerado como um eletrodo de prata cujo potencial é dado pela equação abaixo: = + Os íons prata são provenientes do cloreto de prata e, pelo princípio de solubilidade, a atividade destes íons será governada pela atividade dos íons Cloretos, conforme equação seguinte:. E o potencial do eletrodo pode ser por: = + Κ Quando se utiliza um eletrodo cujo potencial é dependente da concentração do íon a ser determinado, denomina-se esse eletrodo de eletrodo indicador, e se o íon é diretamente envolvido na reação do eletrodo, tem-se um eletrodo de primeira espécie. Para se obter medições analíticas, um dos eletrodos deverá ter potencial constante e não pode haver mudanças de um experimento para outro. Este eletrodo recebe o nome de eletrodo de referência. 53

54 Determinação da concentração de sulfatos no concreto A determinação do teor de sulfatos no concreto pode ser feita através da potenciometria, como descrito no procedimento para a determinação do teor de cloretos, apenas mudando o eletrodo, ou através de análise química, como descrito abaixo. Andrade (1992) recomenda utilizar uma amostra de 5g de concreto moído e seco, pesada com precisão de 1mg, colocando-a em um copo de Becker onde adiciona-se 25ml de água destilada fria e 10ml de ácido clorídrico concentrado, mexendo constantemente com uma haste de vidro. Aquece-se a amostra em banho Maria, cobrindo o recipiente com um vidro de relógio para evitar a evaporação dos gases, até que ocorra o ataque completo do concreto. Em seguida, diluí-se o conteúdo do copo de Becker em 50ml de água destilada quente, e se deixa descansar no banho Maria por 15 minutos. Filtra-se o conteúdo em papel filtro de porosidade média, lavando-se o conteúdo várias vezes com água destilada quente. Retira-se uma porção de 250ml do material filtrado e aquece-o até a ebulição, adicionando-se, gota a gota, uma solução quente de cloreto de Bário a 10%, mantendo a ebulição por alguns minutos. Deixa-se o material tampado e em descanso por 24 horas, quando filtra-se o conteúdo com papel filtro de baixa porosidade, lavando-se com água quente até o desaparecimento total dos cloretos. O precipitado deve ser aquecido a o C em cadinho previamente tarado, pesando-se o conteúdo após o aquecimento. O teor de sulfatos depende do consumo e do tipo de cimento utilizado, devido à quantidade de gesso utilizada no processo de fabricação do cimento. Por exemplo, um concreto com massa específica de 2.400kg/m 3 e consumo de cimento de 350 kg/m 3, considerando um cimento com teor de gesso de 3%, o teor de sulfatos a ser encontrado deve ser de 0,44% em relação ao peso total de concreto. Caso o ensaio aponte um teor de sulfatos maior, significa que houve contaminação do concreto por sulfatos. 54

55 OUTROS EQUIPAMENTOS CONTROLE DE ABERTURA DE FISSURAS Avongard (Detector de movimentos em trincas) O monitorador de trincas AVONGARD é facílimo de instalar, durável ao extremo e fácil de ler. É capaz de ler movimentos verticais e horizontais em qualquer tipo de trinca. Sua sensibilidade é de 0,1mm. S.A.T. (Scratch a Track) Este simples equipamento registra movimentos da ordem de 0,01mm, já que é equipado com um cartão indestrutível, que é fixado na superfície, e um riscador que assinala qualquer movimento, de forma contínua, estabelecendo o real funcionamento de fissuras, trincas ou juntas. Ao contrário dos casos tradicionais de monitoramento, que somente informam o movimento na hora da medição, o Detector de Movimentos S.A.T. deixa registrado todo e qualquer movimento que ocorre na estrutura. A instalação é fácil. O cartão é preso de um lado da junta ou trinca com adesivo epóxico ou bonder. No outro lado da trinca, é preso da mesma forma, o riscador, que tem sua agulha posicionada sobre o cartão base através de um parafuso regulador. Desta forma, o Detector de Movimentos S.A.T. pode ficar fixado meses no local em questão, seja horizontal ou verticalmente. A película branca que reveste o cartão onde a agulha do riscador é posicionada é feita especialmente para ser finamente riscada, definindo o menor dos movimentos. 55

56 O S.A.T. é usado para monitorar movimentos estruturais e térmicos de fissuras e trincas, além de juntas. É um importante equipamento que pode ser usado para analisar recalques de edificações. Pode ser usado também para informar o comportamento de peças estruturais em processo de carregamento e uma variedade de outras aplicações. 56