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Ensaios em Concreto – Parte 2

Tempo de leitura: 6 minutos

O último artigo publicado no Blog da KOT abordou conceitos como: concreto, patologias em construções, ultrassom em concreto, tomografia em concreto e pacometria

O presente texto tem como objetivo dissertar sobre os seguintes ensaios em estruturas de concreto:

  • Esclerometria;
  • Extensometria;
  • Acelerometria;
  • Resistência à compressão axial;
  • Carbonatação.

Esclerometria

A esclerometria é um ensaio não destrutivo que mede a dureza superficial do concreto, fornecendo elementos para a avaliação da qualidade do concreto endurecido. O equipamento utilizado é o esclerômetro de reflexão. 

A avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão consiste na medição e correlação da energia conservada elasticamente após o impacto de uma haste de ponta semiesférica contra a área de ensaio. Essa energia é apresentada geralmente em termos do índice esclerométrico.

Esclerometria na prática

Na prática, os diversos valores medidos durante a realização dos ensaios em concreto são registrados, tabelados e utilizados no cálculo do índice esclerométrico final. Com o devido tratamento estatístico, o índice esclerométrico final é utilizado para a correlação da resistência característica à compressão das peças ensaiadas. 

Nesse sentido, como mencionado anteriormente, em conjunto com a ultrassonografia do concreto a esclerometria é particularmente interessante para o comissionamento de estruturas de grande dimensão e/ou responsabilidade, como são os casos de:

  • Pontes;
  • Viadutos;
  • Túneis;
  • Suporte de equipamentos, como britadores, silos, moinhos, etc..

Devido à simplicidade e velocidade de execução, a pacometria pode ainda ser utilizada para determinação de peças ou regiões a serem investigadas por métodos de resposta mais precisos.

Extensometria e Acelerometria

A extensometria e a acelerometria são comumente utilizadas para monitorar a resposta estrutural frente ao conjunto de ações à que se encontram submetidas. 

Na prática do cálculo estrutural, as tensões e deformações podem ser obtidas por meio da idealização de certos comportamentos estruturais, da estimativa dos carregamentos atuantes e do conhecimento do material em análise. Essas e outras premissas também são adotadas para a representação computacional de estruturas com o método dos elementos finitos

Nesse âmbito, quando surgem necessidades acerca de um destes fatores, a extensometria e acelerometria são algumas das ferramentas disponíveis para avaliação da resposta estrutural real do ativo. De maneira geral, são aplicáveis em ensaios de concreto quando:

  • Deseja-se avaliar o comportamento estrutural frente a determinado carregamento;
  • Deseja-se conhecer a magnitude e comportamento de um carregamento ao longo de um determinado período de tempo;
  • Necessita-se monitorar a resposta estrutural frente a uma ação especial ou excepcional;
  • Deseja-se monitorar a resposta estrutural frente às ações advindas de sua operação, como ocorre no SHM.

Além dos casos mencionados, a possibilidade de monitorar velocidades, deslocamentos e defeitos estruturais, como abertura de fissuras, permite conhecer alterações do comportamento estrutural e alarmar sobre o não atendimento a estados limites, último ou de serviço, normativos. Este último caso é especialmente interessante para:

  • Estruturas que suportam processos vibratórios onde a resposta dinâmica do conjunto (equipamento e estrutura) prejudica o desempenho mecânico ou causam danos à estrutura;
  • Pontes, viadutos, passarelas e estruturas em que o desconforto dos usuários é particularmente relevante e necessita ser monitorado.

A Figura 7 apresenta um exemplo de aplicação destas metodologias para o monitoramento de estrutura de grande responsabilidade.

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Figura 7: Exemplo do monitoramento de efeitos de carregamento no Portão de Brandemburgo – Alemanha. Adaptado de: SAMCO F08a.

Em relação a outros materiais estruturais, a extensometria em peças de concreto deve ser avaliada em função da não homogeneidade do material, do comportamento mecânico das peças armadas e do tipo de ação ou fenômeno a ser investigado. 

Caso deseje conhecer mais sobre estes métodos e suas aplicações, não deixe de conferir a série de publicações em nosso blog sobre extensometria e acelerometria:

Resistência à compressão axial em corpos de prova

Embora estimada por métodos de ensaio não destrutivo, a definição da resistência à compressão característica do concreto em serviço ocorre por meio da extração direta de amostras do concreto da estrutura. Para isso, uma peça de concreto com seção transversal padronizada, quando rompida em prensa, permite a obtenção direta da tensão na qual ocorre falha do corpo estudado.

Segundo o conjunto normativo brasileiro aplicável, a definição da resistência à compressão axial em testemunhos demonstra-se útil em ensaios de concreto para:

  • A aceitação definitiva do concreto em caso de não conformidade de resistência à compressão do concreto;
  • Avaliação da segurança estrutural de obras em andamento;
  • Verificação da segurança estrutural em obras existentes, tendo em vista alterações de uso, acidentes, colapsos parciais e outras situações em que a resistência à compressão do concreto deva ser conhecida.

Idealmente, além dos resultados de ensaios de concreto não destrutivos, os resultados de resistência à compressão são desejáveis para melhorar a compreensão global da estrutura. Outra vantagem associada à extração de testemunhos é a disponibilização de material para ensaios de carbonatação, contaminação e durabilidade do concreto.Um dos riscos associados a esse processo é a fragilização de peças pela perda de seção ou recorte das barras de reforço. Dessa forma, como prevenção da fragilização irrecuperável das peças, é necessário o conhecimento do comportamento estrutural complementado por ensaio de pacometria. A Figura 8 exemplifica o procedimento de extração dos testemunhos.

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Figura 8: Procedimento de extração de testemunhos em estrutura de concreto. Fonte: KOT Engenharia.

Profundidade da frente de carbonatação

A carbonatação do concreto é resultado da ação do gás carbônico (CO2) atmosférico sobre o cimento hidratado. Entre outros fatores, esse fenômeno culmina na redução do pH do concreto para valores inferiores a 9, concentração hidrogeniônica a partir da qual torna-se possível o início da corrosão das barras de reforço da estrutura, também conhecida como despassivação. A velocidade de carbonatação é função da concentração de gás carbônico do ambiente, da porosidade do concreto e da presença de fissuras na peça. Além desses fatores, a estimativa do período requerido para a despassivação das armaduras requer o conhecimento do cobrimento (camada de concreto que recobre as armaduras) das peças. A Figura 9 exemplifica o mecanismo discutido.

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Figura 9: Carbonatação em peças com aberturas. Fonte: Adaptado de Souza (1998). 

Em vista dessa discussão, o conhecimento da profundidade da frente de carbonatação torna-se interessante pois o conjunto normativo aplicável entende por vida útil o período de tempo durante em que a estrutura mantém determinadas características e não requer intervenções significativas. 

Sendo um dos mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura, a despassivação por carbonatação das armaduras é indesejada e de difícil recuperação.

Em suma, o conhecimento da profundidade da frente de carbonatação na estrutura torna-se relevante uma vez que a despassivação por carbonatação das armaduras indica uma das referências de vida útil da estrutura de concreto. A Figura 10 apresenta resultados para este tipo de avaliação.

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Figura 10: Exemplos de ensaio de profundidade da frente de carbonatação. Fonte: KOT Engenharia.

Conclusão

A correta interpretação dos mecanismos de manifestação das anomalias apresentadas por estruturas de concreto permite a operação e manutenção segura do ativo alongo de todo o seu ciclo de vida. Nesse processo, os ensaios de concreto possibilitam a melhor caracterização dos defeitos e seus mecanismos de manifestação.

Para o processo diagnóstico é importante notar também o papel complementar que várias destas metodologias apresentam entre si e a necessidade de entendimento das limitações e aplicações no momento de sua escolha.

Por fim, como mencionado ao longo do texto, destaca-se que a análise estrutural e a inspeção visual detalhada também são ferramentas indispensáveis neste processo. Neste sentido, a KOT Engenharia conta com equipe de especialistas capacitados para interpretar, realizar e desenvolver soluções de engenharia adequadas para impulsionar os seus resultados.

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Equipe KOT Engenharia

Com mais de 28 anos de história e diversos serviços prestados com excelência no mercado nacional e internacional, a empresa promove a integridade dos ativos dos seus clientes e colabora nas soluções dos desafios de Engenharia. Para essa integridade, utiliza ferramentas para o cálculo, inspeção, instrumentação e monitoramento de estruturas e equipamentos.

Referências:

[1] SOUZA, RIPPER. Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto. São Paulo: Pini, 1998.

[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 6118:

[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 7680: Concreto – Extração, preparo, ensaio e análise de testemunhos de estruturas de concreto Parte 1: Resistência à compressão – 2015.

[4] IAEA. Guidebook on non-destructive testing of concrete strutures. Vienna: IAEA, 2002.

[5] SAMCO. F08a Guideline for the Assessment of Existing Structures. Berlim: SAMCO, 2006.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 7584: Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão – Método de ensaio, 2012.

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