A durabilidade, a segurança e o desempenho das estruturas de concreto dependem diretamente do conhecimento sobre o comportamento do material ao longo de sua vida útil. Nesse contexto, os ensaios em concreto desempenham papel fundamental na avaliação da qualidade, na identificação de anomalias e no suporte à tomada de decisões técnicas, tanto na fase de construção quanto durante a operação das estruturas. Ao longo deste artigo, são apresentadas as principais metodologias de ensaio aplicáveis ao concreto, seus princípios de funcionamento e suas aplicações práticas na engenharia. Continue a leitura e aprofunde-se no tema.

INTRODUÇÃO

Primeiramente, 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 essa razão, o concreto armado é atualmente o material estrutural de maior uso ao redor do mundo.

PATOLOGIAS EM CONSTRUÇÕES

Em geral, 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.

Dessa forma, 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.

Assim, 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.

Em conclusão, 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.

 

Assim sendo, 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.

De modo geral, 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.

Em contrapartida, 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

Além disso, 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.

Acompanhe o Blog da Kot para conferir a sequência do artigo, em que será apresentado mais sobre concreto, seus ensaios e como a Kot pode ser útil, contendo outras metodologias de ensaio para corpos e/ou estruturas de concreto. Consulte também nossa equipe para mais informações!

Siga também nossas páginas no LinkedIn, Facebook e Instagram para continuar acompanhando nossos conteúdos.

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.

FAQ

1. Qual é a diferença entre a ultrassonografia convencional e a tomografia ultrassônica em concreto?

• Ultrassonografia Convencional: Utiliza um par de transdutores (emissor e receptor) para medir o tempo e a velocidade de propagação de ondas ultrassônicas ao longo da peça. Serve principalmente para avaliar a homogeneidade do concreto, estimar o módulo de elasticidade e determinar a profundidade pontual de trincas.

• Tomografia Ultrassônica: Emprega uma matriz com múltiplos transdutores que emitem e captam reflexões e refrações da onda. Um software processa esses sinais e constrói imagens bidimensionais (fatias da seção transversal), permitindo visualizar a localização exata de vazios, descontinuidades e armaduras no interior do elemento.

2. Em quais situações a tomografia ultrassônica é o ensaio mais indicado?

A tomografia ultrassônica é especialmente vantajosa em estruturas em que apenas uma das faces da peça está acessível. Ela é a solução ideal para:

• Inspecionar o interior de paredes de túneis e galerias;

• Verificar a qualidade do grauteamento em bainhas de cabos de protensão em pontes;

• Medir a espessura de lajes ou paredes cegas de grande porte;

• Mapear falhas de adensamento (ninhos de concretagem) e delaminações profundas em vigas e pilares.

3. Como funciona a pacometria e quais são suas principais aplicações em campo?

A pacometria baseia-se no princípio da indução eletromagnética (medição de correntes parasitárias ou relutância magnética). Quando o equipamento é aproximado da superfície do concreto, o campo magnético interage com o aço das armaduras, revelando sua presença. O ensaio é aplicado para:

• Mapear o posicionamento, o alinhamento e a profundidade de cobrimento das barras de aço;

• Evitar a seccionamento acidental de armaduras durante a extração de testemunhos ou perfurações;

• Investigar estruturas antigas que não possuem projetos ou memoriais descritivos (as-built);

• Localizar insertos metálicos e tubulações embutidas na estrutura.

4. Quais são as limitações técnicas do ensaio de pacometria?

Embora muito prático, o ensaio de pacometria possui algumas restrições operacionais:

• Densidade de armaduras: Em regiões com alta concentração de barras, os campos magnéticos podem se sobrepor, dificultando a distinção individual de cada elemento;

• Camadas profundas: A identificação de uma segunda camada de armaduras é difícil ou inviável, pois ela fica mascarada pela primeira camada mais próxima da superfície;

• Interferências externas: A presença de campos eletromagnéticos secundários no ambiente de medição pode distorcer os dados de cobrimento ou do diâmetro estimado das barras.

5. Por que os ensaios de controle tecnológico da obra (como o Slump Test) não substituem os ensaios na estrutura em serviço?

Ensaios como o Slump Test e a ruptura de corpos de prova de concreto medem apenas a trabalhabilidade do concreto fresco e a resistência do lote no momento da concretagem. Com o passar dos anos, fatores como erros de adensamento, cura inadequada, ataques de agentes agressivos (cloretos e CO2), variações de temperatura e sobrecargas operacionais geram patologias na estrutura que não existiam na fase de obra. Os ensaios não destrutivos avaliam o comportamento e a degradação real do ativo no seu ambiente de operação, fornecendo dados fundamentais para intervenções preditivas.