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O que é concreto e quais são seus ensaios? – Parte 1

Tempo de leitura: 7 minutos

Concreto é o nome dado ao material resultante da mistura adequada, conhecido como traço, de cimento, água, agregado graúdo (brita) e agregado miúdo (areia). A composição desse material com barras de aço gera o concreto armado. 

Quando em estado plástico ou fresco, o concreto pode ser moldado em formas e dimensões desejadas. Por outro lado, quando endurecido ao final do processo de hidratação do material cimentício, processo normalmente chamado de cura, possui elevada resistência à compressão, da ordem de 20 MPa a 90 MPa. 

Por suas vantagens, o concreto armado é atualmente o material estrutural de maior uso ao redor do mundo.

PATOLOGIAS EM CONSTRUÇÕES

Ao longo da vida útil da construção, os desvios de projeto, construtivos, de uso e manutenção, além do processo de envelhecimento natural do material, resultam na deterioração e consequente manifestação de defeitos, como:

  • Fissuras;
  • Corrosões de armaduras;
  • Perda do desempenho, isso é, a perda de características e funcionalidades esperadas da estrutura, ou material, durante a vida útil dele.

Compreender os mecanismos de manifestação e causa de anomalias torna-se, portanto, essencial para a manutenção e operação segura de qualquer estrutura.

Nesse sentido, a abordagem holística de compreensão do material, do projeto, da construção, da utilização e dos processos necessários de manutenção e recuperação das estruturas é comumente denominada como “Patologia das Construções”.

ENSAIOS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO

Ainda durante a construção das estruturas de concreto, são realizados ensaios de controle de qualidade do material, como é o caso do ‘Slump Test’ e do ensaio de ruptura de corpos de prova amostrados das bateladas de concreto utilizado. 

Esses ensaios são utilizados na avaliação da conformidade do concreto em relação aos parâmetros de projeto e construção.

Embora úteis, esses ensaios são representativos de um período limitado da vida útil da estrutura de concreto e possuem alguns obstáculos como:

  • Documentação de projeto indisponível para avaliação;
  • Manifestação de anomalias da estrutura após longo período em serviço;
  • Quando há dúvidas acerca da qualidade do concreto ou da geometria de peças específicas (Ex.: vigas, pilares, lajes, etc.), e/ou suas armaduras;
  • Quando é necessário obter detalhes de possíveis anomalias apresentadas durante a operação do ativo.

Nessas ocasiões, a inspeção, a análise estrutural e os ensaios (destrutivos ou não) são de grande importância para a obtenção de uma avaliação adequada do problema existente. Destaca-se que, apenas em posse desse diagnóstico, se torna possível a definição da necessidade e do método de correção adequado.

Conclui-se que o diagnóstico otimiza a vida útil do ativo, aumenta os níveis de confiabilidade, reduz a necessidade de excessivos processos de manutenção corretiva, entre outras vantagens.Além da inspeção visual, e da auditoria de projetos estruturais de concreto, a KOT também realiza ensaios em estruturas metálicas e de concreto. O objetivo deste texto é abordar algumas das metodologias utilizadas pela empresa em corpos de concreto.

ULTRASSONOGRAFIA EM CONCRETO

O princípio de funcionamento do ensaio de ultrassonografia em concreto, mais conhecido como ultrassom para concreto, é a medição do tempo de propagação de uma onda ultrassônica ao longo de uma peça de concreto. 

O tempo de propagação é dependente da densidade e módulo de elasticidade do concreto, e alterada em função de:

  • Condições de adensamento durante a obra;
  • Traço do concreto, condição de cura;
  • Anomalias ao longo da peça de concreto.

Para que a velocidade de propagação possa ser mensurada, é necessário um equipamento composto por transdutores eletroacústicos (emissor e receptor) e um computador para realizar a aquisição, tratamento e interpretação dos sinais captados. 

Além disso, é necessário conhecer precisamente a distância de propagação para o cálculo dessa velocidade de propagação. A Figura 1 esquematiza este processo.

Figura 1: Ilustração do processo de ultrassonografia. Fonte: Modificado de ACI 228.2R-13.

Tendo isso em vista, o ultrassom em concreto pode ser aplicado para:

  • Determinação da homogeneidade do concreto em estruturas;
  • Definir áreas onde a investigação mais detalhada é recomendável;
  • Monitorar a evolução das propriedades do concreto ao longo do período de serviço da estrutura;
  • Determinar os módulos de elasticidade do concreto em serviço.

A Figura 2 exemplifica um resultado do ultrassom em concreto.

Figura 2: Exemplo de resultado da ultrassonografia em concreto. Fonte: KOT Engenharia.

Na hipótese de descontinuidade na peça, a ultrassonografia pode ser útil para realizar a definição da ocorrência e investigar a profundidade de propagação de fissuras ou de vazios. Esse processo é ilustrado na Figura 3.

Figura 3: Ilustração de investigação de descontinuidades por ultrassonografia em concreto. Fonte: Modificado de ACI 228.2R-13.

Outra aplicação bastante útil, é a utilização da ultrassonografia para a estimativa da resistência à compressão do concreto, procedimento que pode ser complementado pelo ensaio de esclerometria e extração de testemunhos. 

Essa abordagem é particularmente interessante para o comissionamento e investigação de estruturas de grande dimensão e/ou grande responsabilidade, como é o caso de:

  • Pontes, viadutos e outras Obras de Arte Especiais como:
    • Túneis, ferrovias e rodovias; 
    • Prédios para o suporte de equipamentos (britadores, silos, moinhos, etc.) e outros processos.

Esse ensaio é padronizado pelo conjunto normativo brasileiro e internacional. Ainda assim, é imprescindível o entendimento do comportamento estrutural e da interpretação dos dados obtidos.

TOMOGRAFIA ULTRASSÔNICA DO CONCRETO

Ao longo dos últimos 30 anos a tomografia ultrassônica do concreto, ou tomografia em concreto, vem se difundindo como ferramenta para investigação não destrutiva de peças estruturais em concreto. 

Segundo White, a tecnologia é historicamente utilizada na definição da espessura de peças de concreto, módulo de elasticidade, conformidade executiva e detecção de anomalias.

O método baseia-se na emissão e recepção de ondas ultrassônicas por meio de uma matriz de transdutores. Ao longo do caminho de propagação em um meio não homogêneo (como o concreto), são obtidas refrações e reflexões que podem ter a localização triangulada e também avaliadas quanto ao nível de ‘resistência’ à propagação da onda. 

Com esses dados, utiliza-se um software para realizar a construção de imagens bidimensionais da seção ensaiada. A Figura 4 exemplifica esse processo.

Figura 4: Ilustração do processo de construção tomográfica. Fonte: Adaptado de Proceq.

Nessa configuração, imagens mais próximas de tons avermelhados indicam regiões de maior heterogeneidade, como

  • Desplacamentos;
  • Vazios;
  • Barras de reforço.

Por outro lado, tons mais azuis indicam áreas de baixa reflexão, isso é, com maior homogeneidade. A Figura 5 exemplifica um resultado de ensaio.

Figura 5: Exemplo de tomografia em parede de concreto armado. Fonte: KOT Engenharia.

Os aparelhos mais modernos possuem transdutores cerâmicos que dispensam o uso de acoplante e apresentam uma larga banda de frequências disponíveis, significando versatilidade na investigação de diversas geometrias e tipos de concreto. 

Outra grande vantagem deste ensaio é a possibilidade de investigação de estruturas com apenas uma face acessível, por exemplo:

  • Investigações em paredes de túneis estruturais de concreto;
  • Conferência do grauteamento de bainhas para armadura ativa em pontes protendidas;
  • Investigação de defeitos e descontinuidades em peças de concreto em geral, como em vigas, pilares e lajes;
  • Medição da espessura de peças de concreto onde apenas uma das faces é acessível.

PACOMETRIA

A pacometria é o ensaio que utiliza a indução eletromagnética para avaliar a presença, o cobrimento e, em alguns casos, o diâmetro das barras de reforço (armaduras) em peças de concreto armado. 

Os pacômetros comerciais podem ser divididos em duas classes, sendo:

  • Baseados no princípio de relutância magnética;
  • Baseados na medição de correntes parasitárias.

Medições baseadas em correntes parasitárias são possíveis devido ao fato de que quando um campo magnético é aproximado de um material condutor, são despertadas correntes elétricas (parasitárias) neste material condutor. 

Por sua vez, as correntes parasitárias alteram a configuração do campo magnético original. De forma prática, essa alteração é então interpretada de forma a indicar a presença de uma barra de aço, conforme ilustrado na Figura 6 e Figura 7.

Figura 6: Ilustração do processo de indução parasitária. Fonte: Modificado de ACI 228.2R-13.
Figura 7: Ilustração do processo de indução parasitária. Fonte: Modificado de ACI 228.2R-13.

A KOT Engenharia possui aparelhos com produtividade adequada para a realização de ensaio em peças de grande área, como são os casos de lajes, todavia, o mais usual é que este procedimento seja realizado em menores áreas de forma a:

  • Auxiliar a realização de ensaios de ultrassonografia ou pacometria;
  • Controlar a qualidade em relação ao posicionamento e cobrimento de barras de reforço após a concretagem de peças;
  • Investigar estruturas onde a documentação de projeto não está disponível;
  • Retirar testemunhos de estruturas em serviço (a ser comentado em próximo postagem);
  • Localizar materiais ferromagnéticos embutidos em concreto (tubulações, insertos, etc.).

As limitações desse método apresentam-se em algumas situações, como:

  • Na investigação de áreas com alta densidade de barras ou com presença de campos eletromagnéticos secundários;
  • A leitura do diâmetro das barras, quando possível, pode ser dificultosa;
  • A investigação da segunda camada de barras para reforço é quase sempre inviável.

Dessa forma, é possível afirmar que a realização deste ensaio requer conhecimentos acerca do método e de sua aplicação.

Com a leitura do texto é possível concluir que não basta ter equipamentos modernos e tecnológicos para realizar uma avaliação estrutural correta. Além das ferramentas, é necessário dominar os conceitos, desde os de fundamentação até os que envolvem a leitura e interpretação dos dados aquisitados. 

Nesse sentido a Kot Engenharia pode auxiliar, tendo os equipamentos adequados e a mão de obra especializada para a execução de serviços. Entre em contato com a equipe da empresa.

Deseja ler mais sobre concreto, seus ensaios e como a Kot pode ser útil? Acompanhe o Blog e LinkedIn da empresa! O próximo artigo a ser publicado será a Parte 2, contendo outras metodologias de ensaio para corpos e/ou estruturas de concreto.

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] SILVA, Ney. Concreto armado. Notas de aula – Universidade Federal de Minas gerais. Belo Horizonte, 2021.

[2] PFEIL, Walter. Concreto armado Vol. 1. Rio de Janeiro: LTC, 1985.

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

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

[5] MACDONALD, Susan. Concrete: Building Pathology. Oxford: Blackwell Science, 2009.

[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 8802: Concreto endurecido – Determinação da velocidade de propagação da onda ultrassônica – Método de ensaio, 2019.

[7] AMERICAN CONCRETE INSTITUTE – ACI 228.2R:2013: Report on Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures.

[8] WHITE, Joshua Benjamin. Ultrasonic tomography for detecting and locating defects in concrete structures. 2012. Theses – Master of Science, Texas A&M University, 2012.

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