AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO ATRAVÉS DA
VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DA ONDA ULTRA-SÔNICA
Ricardo Oliveira Mota1,4; 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 5739. 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 destrutivos1 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.
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 1940. 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
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.
Areia
Brita 1
Características
natural
Micaxisto
Dimensão máxima característica (mm)
4,8
19
Módulo de finura
2,11
6,99
Massa específica – SSS (g/cm³)
2,59
2,70
Teor de Impurezas Orgânicas
+ clara
-Massa unitária (kg/ dm³)
1,51
1,52
Teor de Material Pulverulento(%)
0,91
--
Seixo
Rolado
25
7,06
2,65
-1,58
--
Método de
Ensaio
NBR 7217
NBR 7217
NBR 9937
NBR 7220
NBR 7251
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)
2
(Kg/m³)
(%)
(Kg/m³)
(c:a:b)
a/c
Micaxisto a/c=0.35 1 0,91 1,15 0,35
2290
1,5
689,72
50
Micaxisto a/c=0,45 1 1,09 1,39 0,45
2320
1,5
602,11
50
Micaxisto a/c=0,55 1 1,68 2,13 0,55
2370
1,5
476,67
60
Seixo a/c=0,35
1 0,69 1,60 0,35
2400
1,5
560,79
50
Seixo a/c=0,45
1 0,82 1,93 0,45
2370
1,8
433,33
50
Seixo a/c=0,55
1 1,55 3,61 0,55
2450
2,0
287,41
70
2
(c:a:b) = cimento: areia: brita em massa.
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
Agregado Relação a/c
seixo
micaxisto
0,35
0,45
0,55
0,35
0,45
0,55
Fc
(MPa)
-23,23
11,30
33,80
-19,60
3 dias
7 dias
Velocidade
Fc
Velocidade
(m/s)
(MPa)
(m/s)
---3314,00
--2697,04
16,65
3207,7
3775,28
37,60
3405,08
---2532,61
22,30
2465,30
28 dias
Fc
Velocidade
(MPa)
(m/s)
31,67
4012,00
24,95
3265,00
22,37
3169,96
40,50
3731,58
37,05
3889,45
27,47
3094,46
A Figura 1 apresenta a relação obtida entre resistência à compressão e velocidade de
propagação da onda ultra-sônica.
Velocidade (m/s)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
y = 42,739x + 2128,1
2
R = 0,5709
0
10
20
30
40
50
Resistência à compressão (MPa)
Figura 1 – Relação entre resistência à compressão e velocidade de propagação da onda ultrasônica
Velocidade (m/s)
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 r2 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.
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
y = 55,436x + 2075
2
R = 0,846
y = 66,812x + 1186,8
2
R = 0,845
0
10
20
30
40
Resistência á Compressão (MPa)
seixo
50
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 (r2 =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.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Ensaio de Compressão de
Corpos-de-prova cilíndricos de concreto. NBR-5739, Rio de Janeiro, 1980.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto Fresco –
Determinação da Massa Específica e do Teor de Ar pelo Método Gravimétrico.
NBR-9833, Rio de Janeiro, 1987.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto – Determinação da
consistência pelo abatimento do tronco de cone. NBR-7223, Rio de Janeiro, 1992.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Moldagem e Cura de Corpos
de Concreto, Cilíndricos ou Prismáticos. NBR-7223, Rio de Janeiro, 1992.
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, 1994.
NEVILLE, M. A., Propriedades do Concreto, Tradução Eng.º Salvador E. Giammusso,
2ª edição rev. atual, Pini, São Paulo, 1997.
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.