AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO ATRAVÉS DA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DA ONDA ULTRA-SÔNICA

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1 AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO ATRAVÉS DA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DA ONDA ULTRA-SÔNICA Ricardo Oliveira Mota 1,4 ; Paulo Francinete Jr. 2,4 ; Rodrigo Augusto Souza 3,4 (1) Bolsista PIBIC/UEG (2) Professor-Orientador (3) Voluntário Iniciação Científica PVIC/UEG (4) Curso de Engenharia Civil, Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas, UEG. Resumo Este trabalho se insere na linha de inovação tecnológica do concreto tendo como objetivo contribuir para o domínio da técnica do ensaio não destrutivo de determinação da velocidade de propagação da onda ultra-sônica no concreto, procurando estabelecer uma correlação com a resistência à compressão. Para tanto, foram estudados concretos produzidos com diferentes classes de resistências (variação da relação água/cimento) e diferentes tipos de agregados graúdos. Levando em consideração esta variáveis foram realizados ensaios de determinação da velocidade de propagação da onda ultra-sônica de acordo com a NBR 8802 e o ensaio de resistência à compressão de acordo com a NBR Os resultados mostram que a técnica de determinação da velocidade da onda ultra-sônica pode fornecer informações importantes para a avaliação das estruturas de concreto. Palavras-Chave: concreto; ultra-som; resistência; ensaio. Introdução A resistência à compressão normalmente é considerada como a propriedade mais importante do concreto, embora, em muitos casos práticos, outras características, como a durabilidade e a permeabilidade sejam, de fato, mais importantes. Não obstante, a resistência dá uma idéia geral da qualidade do concreto, pois ela está diretamente relacionada com a estrutura da pasta de cimento hidratada. Além disso, a resistência é a propriedade especificada pelos engenheiros projetistas para fins de dimensionamento e aceitação da estrutura. Isto porque, diferentemente de outras propriedades à resistência a compressão é relativamente fácil de ser determinada. Deve-se destacar, porém que, o que realmente interessa é conhecer o comportamento real do concreto na estrutura, neste caso pode ser útil corpos-de-prova curados no campo ou testemunhos. No entanto, os primeiros exigem uma programação prévia e os últimos são ensaios destrutivos que, embora localizados, provocam danos à estrutura. Para contornar esses problemas, foram desenvolvidos ensaios do concreto na estrutura que não provocam danos. Esses ensaios são denominados não destrutivos 1 e entre eles os que mais se destacam são o da avaliação da dureza superficial e o da avaliação da propagação de onda ultra-sônica. Os ensaios não destrutivos podem apenas estimar a resistência à compressão do concreto e não medi-la. Assim, é útil estabelecer uma relação experimental entre o resultado que está sendo obtido em um ensaio não destrutivo e a resistência de corpos de prova de concreto. Essa 1 Deve-se entender que pode haver um pequeno dano à estrutura, embora não prejudique a sua aparência nem seu desempenho.

2 relação poderá ser usada para converter o resultado do ensaio não destrutivo em valor de resistência à compressão do concreto. Alguns autores (MEHTA & MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997) afirmam que a relação entre a velocidade de pulsos ultra-sônicos e resistência é influenciada por uma série de variáveis como idade, condições de umidade, tipo de agregado, relação agregado/cimento e etc. Comentam também que uma relação física entre essas duas grandezas ainda não foi estabelecida. Diante do exposto, o presente projeto tem por finalidade propor um estudo comparativo da determinação da resistência à compressão do concreto através da ruptura de corpos-de-prova cilíndricos e da determinação através do ensaio de velocidade de pulsos ultra-sônicos. Ensaios Não Destrutivos - Os ensaios não destrutivos são aqueles que não causam danos à estrutura que se está ensaiando, pois não provocam perda na capacidade resistiva. Estes ensaios podem ser feitos em qualquer idade do elemento a ser ensaiado. Nos elementos novos faz-se o uso destes ensaios para o controle da evolução de sua resistência e outras propriedades relevantes em estruturas de concreto como, corrosão, índice de vazios e permeabilidade. Os ensaios realizados em estruturas já existentes visam avaliar a sua integridade e capacidade resistiva a novas cargas. Os métodos não destrutivos são convenientes para: - Controle tecnológico de pré-moldados; - Monitoramento do desenvolvimento da resistência; - Localização e determinação da extensão de fissuras, vazios e falhas de concretagem; - Aumento do nível de confiança de um pequeno número de ensaios destrutivos; - Avaliação do potencial de durabilidade do concreto; - Programação da remoção de formas e escoramento; - Verificação de danos provocados por incêncidios; - Acompanhamento dos efeitos de aditivos e adições. Método Ultra-som - Os primeiros relatos sobre estudos com ondas ultra-sônicas foram nos Estados Unidos em meados de Constatou-se que a velocidade depende das propriedades elásticas do material e não da sua geometria. Nos anos 60 foi desenvolvido um aparelho portátil, cuja fonte de energia era bateria e que possuía um mostrador digital que fornecia o tempo de trânsito da onda. O método baseia-se no fato de que a velocidade de propagação está ligada a qualidade do concreto. Conhecendo-se à distância entre o transdutor emissor e o transdutor receptor da onda ultra-sônica e medindo-se o tempo decorrido para este percurso calcula-se a velocidade de propagação da onda no concreto. A velocidade da onda depende principalmente dos seguintes fatores: coeficiente de poisson, módulo de deformação, massa específica e também da presença ou não de armadura. O equipamento utilizado para a medição da velocidade da onda ultra-sônica é bastante simples de ser operado e de custo não muito elevado. A ligação entre o transdutor do aparelho e a superfície do concreto é um dos pontos críticos do método. Um outro problema que pode influenciar nos resultados é a presença de fissuras, vazios ou descontinuidades no concreto. Desse modo, não se pode afirmar que haja uma relação teórica entre a velocidade de

3 propagação e a resistência do concreto, sendo, portanto necessário estudar cada caso aonde vai se aplicar o método. Programa Experimental Materiais Empregados - Para a produção dos concretos foram utilizados os seguintes materiais: - Cimento portland composto (CP II F 32) - Agregado miúdo (areia natural) - Agregado graúdo (micaxisto e seixo rolado) A Tabela 1 apresentada as caracterizações dos agregados graúdo e miúdo. Tabela 1 -Caracterização dos agregados. Características Areia Brita 1 Seixo Método de natural Micaxisto Rolado Ensaio Dimensão máxima característica (mm) 4, NBR 7217 Módulo de finura 2,11 6,99 7,06 NBR 7217 Massa específica SSS (g/cm³) 2,59 2,70 2,65 NBR 9937 Teor de Impurezas Orgânicas + clara NBR 7220 Massa unitária (kg/ dm³) 1,51 1,52 1,58 NBR 7251 Teor de Material Pulverulento(%) 0, NBR 7219 Variáveis Estudadas - No presente trabalho foram avaliadas as seguintes variáveis: - Relação água/cimento (0,35; 0,45 e 0,55); - Tipo de agregado graúdo (micaxisto e seixo rolado) Os concretos tiveram o abatimento fixo e igual a (6±1) cm, medido através do tronco de cone (NBR 7223). Corpos-de-Prova - Os corpos-de-prova foram moldados de acordo com a NBR 5738 (ABNT, 1984). Foram determinados 6 traços diferentes de concreto, moldou-se corpos de prova cilíndricos nas dimensões de 10x20 cm. Os traços e a caracterização dos concretos no estado fresco são apresentados na Tabela 2. Tabela 2 - Caracterização do concreto no estado fresco. Massa Teor Consumo Abatimento Traço Unitário Concreto Específica de ar de cimento (mm) (c:a:b) 2 a/c (Kg/m³) (%) (Kg/m³) Micaxisto a/c= ,91 1,15 0, ,5 689,72 50 Micaxisto a/c=0,45 1 1,09 1,39 0, ,5 602,11 50 Micaxisto a/c=0,55 1 1,68 2,13 0, ,5 476,67 60 Seixo a/c=0,35 1 0,69 1,60 0, ,5 560,79 50 Seixo a/c=0,45 1 0,82 1,93 0, ,8 433,33 50 Seixo a/c=0,55 1 1,55 3,61 0, ,0 287, (c:a:b) = cimento: areia: brita em massa.

4 Métodos - No estado fresco os concretos foram caracterizados pelos seguintes métodos: Consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBR 7223) e Massa específica e teor de ar (NBR 9833). A determinação da resistência á compressão do concreto foi determinada de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1980). A velocidade de propagação da onda ultra-sônica era determinada nos corpos-de-prova cilíndricos antes dos mesmos serem capeados para o ensaio de resistência à compressão. Para a determinação da velocidade de propagação da onda ultrassônica utilizou-se o equipamento da marca controls modelo 58-E0048, com transdutores de 54kHz e diâmetro de 50mm. O procedimento adotado foi o da NBR 8802 (ABNT, 1994), empregando a transmissão direta entre os transdutores. A calibração do equipamento foi realizada antes de cada ensaio empregando-se uma barra cilíndrica de referência (d=50mm e h=160mm). Em cada idade e para cada tipo de cura foram ensaiados 3 corpos de prova cilíndricos (10mm x 200mm). As medições foram feitas ao longo do comprimento do corpo de prova. Resultados A Tabela 3 apresenta os resultados médios obtidos de resistência à compressão e velocidade de propagação da onda ultra-sônica dos concretos estudados. Tabela 3 Resultados médios de resistência à compressão e velocidade de propagação da onda 3 dias 7 dias 28 dias Agregado Relação a/c Fc Velocidade Fc Velocidade Fc Velocidade (MPa) (m/s) (MPa) (m/s) (MPa) (m/s) 0, , ,00 seixo 0,45 23, , , ,00 0,55 11, ,04 16, ,7 22, ,96 0,35 33, ,28 37, ,08 40, ,58 micaxisto 0, , ,45 0,55 19, ,61 22, ,30 27, ,46 A Figura 1 apresenta a relação obtida entre resistência à compressão e velocidade de propagação da onda ultra-sônica.

5 Velocidade (m/s) y = 42,739x ,1 R 2 = 0, Resistência à compressão (MPa) Figura 1 Relação entre resistência à compressão e velocidade de propagação da onda ultrasônica Observando a Figura 1 nota-se a tendência de crescimento da velocidade de propagação da onda com o aumento da resistência à compressão do concreto. Nesse trabalho foi obtida uma correlação linear entre essas duas propriedades com um r 2 igual a 0,57. Esse índice de correlação é melhorado quando se leva em consideração o tipo de agregado, como pode ser observado na Figura 2. Velocidade (m/s) y = 55,436x R 2 = 0,846 y = 66,812x ,8 R 2 = 0, Resistência á Compressão (MPa) seixo micaxisto Figura 2 Relação entre resistência à compressão e velocidade de propagação da onda levando em consideração o tipo de agregado graúdo usado na produção do concreto A Figura 2 mostra que quando o tipo de agregado graúdo utilizado na produção do concreto é levando em consideração para relacionar a resistência à compressão com a velocidade de propagação da onda ultra-sônica obtêm-se índices de correlação mais confiáveis (r 2 =0,84). O que comprova que o ensaio de determinação da velocidade de propagação da onda ultrasônica pode ser utilizado para estimar a resistência à compressão do concreto, mas para obter resultados com maior confiabilidade é necessário conhecer outras características do concreto, como o tipo de agregado graúdo usado. Analisando a Figura 2 nota-se ainda que para os mesmos níveis de resistência à compressão os concretos produzidos com o agregado seixo apresentam maiores valores de velocidade de propagação da onda ultra-sônica.

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Ensaio de Compressão de Corpos-de-prova cilíndricos de concreto. NBR-5739, Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto Fresco Determinação da Massa Específica e do Teor de Ar pelo Método Gravimétrico. NBR-9833, Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. NBR-7223, Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Moldagem e Cura de Corpos de Concreto, Cilíndricos ou Prismáticos. NBR-7223, Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto Endurecido Determinação da velocidade de propagação da onda ultra-sônica. NBR-8802, Rio de Janeiro, 1994 MEHTA, P. K. & MONTEIRO, P. J. M., Concreto: estrutura, propriedades e materiais, Editora Pini, São Paulo, NEVILLE, M. A., Propriedades do Concreto, Tradução Eng.º Salvador E. Giammusso, 2ª edição rev. atual, Pini, São Paulo, Agradecimentos - Ao Centro Federal de Educação Tecnológica de Goiás por viabilizar o desenvolvimento do programa experimental em seus laboratórios; - A Universidade Estadual de Goiás pela concessão de bolsas de iniciação científica aos alunos envolvidos no projeto.