PERMEABILIDADE DO CONCRETO: UM ESTUDO PARA A AVALIAÇÃO
“IN SITU” USANDO INSTRUMENTOS PORTÁTEIS E TÉCNICAS
TRADICIONAIS.
Abdias Magalhães Gomes, Dr.
Departamento de Materiais de Construção UFMG. Rua Espírito Santo 12 – Centro. Belo Horizonte, MG, Brasil.
[email protected].
José Eduardo Aguiar
Recuperação Engenharia LTDA. Rua Paulo Afonso 225, Santo Antônio. Belo Horizonte, MG, Brasil
[email protected]
Horácio Albertini Neto, Msc.
Departamento de Materiais de Construção UFMG. Rua Espírito Santo 12 – Centro. Belo Horizonte, MG, Brasil.
[email protected]
Juliana Oliveira Costa
Departamento de Materiais de Construção UFMG. Rua Espírito Santo 12 – Centro. Belo Horizonte, MG, Brasil.
[email protected]
Resumo: Dentre os parâmetros para a determinação da durabilidade das estruturas de concreto armado, merece destaque o estudo da
permeabilidade. Diversos autores e pesquisadores recomendam técnicas de obtenção e avaliação da permeabilidade de uma estrutura
de concreto. Entretanto, merece destaque a avaliação através da utilização de equipamento produzido pela empresa Germann
Instruments, que através de inspeção “in situ”, avalia o fluxo de água, sob pressão, passante pelo concreto. Já a ABNT, Associação
Brasileira de Normas Técnicas, sugere a adoção da metodologia proposta na normalização NBR-10786, que proporciona a avaliação do
coeficiente de permeabilidade de concretos, a partir de ensaios eminentemente laboratoriais. Este artigo apresenta uma análise
comparativa destes dois métodos de avaliação da permeabilidade do concreto à água, a partir de ensaios realizados na 3ª Ponte VitóriaVila Velha, localizada no Estado do Espírito Santo, Brasil. São apresentadas as curvas de correlação entre os dois métodos, bem como
sinaliza o real nível de confiabilidade que uma correlação desta magnitude proporcina.
Palavra-chaves: permeabilidade, ultra-som, concreto, durabilidade
1.
Introdução
A durabilidade das estruturas de concreto armado é diretamente afetada e influenciada pela água, enquanto agente
deteriorante e veículo de transporte de substâncias agressivas. Desta forma, uma maior compacidade do concreto existente
nas estruturas poderá proporcionar uma maior durabilidade e vida útil da mesma, na medida em que sendo reduzido o fluxo
de água, que por ventura possa percolar para o interior da micro-estrutura do concreto sendo reduzido, este não acarretará e
não contribuirá com os diversos processos de deterioração clássicos tanto do concreto quanto da armadura que por ventura
exista.
Assim sendo, é importante, cada vez mais, se utilizar concretos ditos impermeáveis e que proporcione maior
estanqueidade às estruturas. Entretanto, para que isto seja possível é mister que a comunidade científica tenha em mãos
metodologias de análise e avaliação da permeabilidade, apresentada pelo concreto, de uma forma expedita, confiável e
precisa, haja vista serem vários os fatores que influenciam a sua permeabilidade, tais como: o meio ambiente; a
composição do concreto; o tipo de cimento; o tipo de forma e molde utilizado; o nível da energia de vibração; as condições
de cura; a solicitação imposta às estruturas (estáticas e dinâmicas), etc.
2.
Revisão e Metodologia
2.1 Permeabilidade da água no concreto
Sob a forma de água do mar, lençóis subterrâneos, rios, lagos, chuva e vapor, a água é o fluido mais abundante na
natureza. Sendo pequenas, as moléculas de água são capazes de penetrar em cavidades e poros extremamente finos. Como
solvente a água é notável por sua habilidade de dissolver mais substâncias do que qualquer outro líquido conhecido. Esta
propriedade responde pela presença de muitos íons e gases em algumas águas, as quais, por sua vez, tornam-se capazes de
causar decomposição química de materiais sólidos.
02 a 06 de Junho de 2003 / June 2 to 6 2003
Rio de Janeiro - RJ - Brasil
A principal função da água no concreto é de hidratar o cimento. Porém é o agente que dá plasticidade nas primeiras
horas. Dependendo da quantidade de água empregada (fator água/cimento), do tempo de cura, da condições ambientais e da
espessura de um elemento de concreto, quase toda água evaporável será perdida, deixando poros vazios ou não saturados.
Assim, o concreto é um material que, por sua própria constituição, é necessariamente poroso, pois não é possível preencher
a totalidade dos vazios do agregado com uma pasta de cimento.
A interconexão entre os vazio (ou poros) no concreto torna-o permeável à água. Essa propriedade é uma das principais
considerando concretos expostos ao ar, que sofrem os ataques de águas agressivas ou a ação, destruidora dos agentes
atmosféricos.
2.2 3a Ponte Vitória/Vila Velha.
A Ponte Vitória/Vilha Velha, ou 3ª Ponte, foi construída inicialmente na década de 70 com o objetivo de ligar as duas
principais cidades do Espírito Santo. Sua extensão é de, aproximadamente 1800 metros, sendo constituída de pilares de
concreto armado; travessa de concreto na cabeça dos pilares; vigas longarinas ligando pilares; vigas transversinas efetuando
uma ligação da longarinas e, finalmente um tabuleiro de concreto armado. As longarinas do vão central foram construídas
em estrutura metálica, sendo as longarinas de concreto construídas em concreto protendido e com grande densidade de
armadura frouxa. As peças são referenciadas segundo o lado em que as mesmas se encontram sendo S as do lado sul (lado
Vila Velha) e N as do lado norte (cidade de Vitória). Também foram utilizadas a referência de posição dos dois pontos
cardiais, , sendo L a do leste e O a do lado oeste.
2.3 Inspeções realizadas
Visando avaliar a durabilidade e as condições em que se encontrava a 3a Ponte Vitória Vila Velha, foram realizados
uma série de ensaios especiais em diversas peças constituintes da citada ponte, com ênfase a: determinação da profundidade
de carbontação; determinação dos teores de cloretos livres e sulfatos; avaliação da resistência à compressão através de
ensaios por ultrassonografia; resistência do concreto através da avaliação esclerométrica; avaliação fluxo de água passante
sob pressão de 0,40 BAR; coeficiente de permeabilidade (Kp) determinado segundo ABNT NBR-10786, a partir de
amostras retiradas das estrutura por extratores especiais. Os resultados dos ensaios realizados em algumas peças podem ser
visualizados na Tabela 1. Entretanto, alguns ensaios merecem destaque pois proporcionaram uma correlação de destaque,
qual seja: a variação da permeabilidade à água sob pressão de 0,40 BAR proposta por metodologia de ensaio Européia e o o
coeficiente de permeabilidade (Kp) determinado pela normalização brasileira a partir de testemunhos extraídos da estrutura.
2.3.1
Determinação do fluxo de água passante através do GWT (Germanns Waterpermeability Test)
O aparato GWT é utilizado para determinar “in situ” o fluxo de água passante da superficial do concreto.
O aparelho GWT consiste de um cilindro instalado sobre a superfície do concreto e todo seu volume interno contém
água sob um a determinada pressão que se mantém constante através de manômetro e um pequeno cilindro, anexado a um
micrömetro, que aumenta ou diminiu de volume de acordo com a variação de pressão (vide figura 1). Este aparelho foi
desenvolvido para ser utilizado seja na posição horizontal que na vertical.
Figura 1. Esquema do aparelho GWT
Para a realização do ensaio, depois de instalado no concreto, o cilindro deve ser totalmente preenchido com a água.
Após cinco minutos de espera, a superfície de concreto se encontra toda saturada de água. As válvulas do cilindro são
fechadas e uma pressão de 0,4 BAR é então aplicada.
Esta pressão é mantida constante através do micrômetro anexado que tem a função de diminuir o volume interno do
cilindro à medida que esta vai caindo. As leitura do micrômetro são feitas até a sua posição zero. O teste dura de 5 a 10
minutos, dependendo da qualidade do concreto.
De posse dos valores obtidos no micrômetro determina-se o fluxo de água passante q através da seguinte fórmula:
q=
B.( g1 − g 2 )
(mm/s)
A.t
onde B é a área da ponta do micrômetro instalado no cilindro que vale 78,6mm2 (10mm de diâmetro). A é a área da
superfície de água sob pressão, equivalente a 3018mm2 (62mm de diâmetro), g1 e g2 são as leituras do micrômetro, antes a
depois do teste e t é o tempo de ensaio em segundos.
A permeabilidade da superfície do concreto pode ser determinada através da Lei de Darcy pela fórmula:
kp =
q
(mm/s)
 ∆P 
b.

 L 
onde Kp é o coeficiente de permeabilidade do concreto, q é o fluxo de água passante, b é o percentual de pasta de cimento
no concreto (assumindo que o agregado graúdo é impermeável), ∆P é a pressão aplicada no cilindro e L é o comprimento da
agulha do micrômetro, que no presente caso é igual a 15 mm.
2.3.2
Determinação do coeficiente de permeabilidade através da Norma NBR 10786
Em 1989 foi lançada no Brasil a NBR 10786 que se intitula “Concreto Endurecido – Determinação do Coeficiente de
Permeabilidade à água”. Esta Norma descreve a metodologia para determinação do coeficiente de permeabilidade à água
sob altas pressões. O aparelho é composto de unidades, sendo que cada unidade ensaia um corpo de prova (vide figura 2).
Um aparelho deve ter pelo menos três unidades, disponíveis para execução dos ensaios. Estas unidades são dotadas de um
reservatório se água, com volume adequado para a porosidade do concreto em análise. O reservatório é equipado com um
controlador de vazão que fornece a quantidade de água que saiu e percolou pelo corpo de prova. Na extremidade superior do
reservatório é conectado a uma tubulação, que aplica pressão no sistema. A fonte de pressão pode ser a ar comprimido ou
nitrogênio gasoso e deve ser capaz de fornecer gradientes de pressão de até 3,5 MPa para cada unidade. A pressão é
controlada por um manômetro que é colocado próximo ao reservatório de água onde fica também a conexão com a fonte de
água externa. Na extremidade inferior do reservatório de água, fica a tubulação que vai até o bujão metálico que
acondiciona o corpo de prova. Os bujões são dotados de paredes resistentes a pressões de até 4,0 MPa e possuem tampa
parafusada para evitar qualquer vazamento. Os corpos de prova para uso neste ensaio têm dimensões de 150mm de altura.
Eles são obtidos serrando-se a região central de cilindros com dimensões de 150 x 300 mm. Na acomodação do corpo de
prova no bujão, é colocado material selante para preencher o espaço entre o corpo de prova e a parede do bujão, fazendo
com que a água só passe pelo concreto. A vazão é determinada repetidas vezes nos demais dias. O ensaio de permeabilidade
completo gasta em torno de 500 horas. Este tipo de aparelho é bastante eficaz na determinação do coeficiente de
permeabilidade.
Figura 2. Esquema do aparato proposto pela NBR 10786.
3.
Análise dos resultados e conclusões
Pode-se observar no gráfico apresentado na Figura 3 uma simulação da variação entre o fluxo de água passante sob
pressão de 0,40 BAR obtido, “in situ”, a partir do equipamento Germann, e o coeficiente de permeabilidade obtido, em
laboratório, segundo as recomendações contidas na norma NBR 10786, cujos dados encontram-se referenciados na Tabela
1.
Neste gráfico, pode-se observar que as duas grandezas são correlacionáveis, mas apresentam uma dispersão muito
grande, manifesta sobretudo pelo baixo valor do r2, que foi igual a 0,4862. Tal situação indica uma tendência geral de ajuste,
mas entretanto como são inúmeras as variáveis que interferem nestas duas grandezas, os valores estão aquém daqueles que
poderíamos considerar como perfeitamente confiáveis.
Já as outras correlações que poderiam ser obtidas a partir da Tabela 1 (por exemplo: resistência à compressão x fluxo de
água passante; resistência à compressão x Kp; índice esclerométrico x fluxo de água passante; etc), não foram, neste artigo,
objeto de análise.
Um dado importante obtido a partir do tratamento dos valores constantes na Tabela 1, encontra-se referenciado na
coluna mais a direita desta mesma tabela, é o fator de conversão Kp/PE. A média dos valores individuais obtidos nesta
coluna foi de 0,01237, valor este que representa o número pelo qual deve-se multiplicar o resultado do fluxo de água
passante, obtido na inspeção “in situ”, como forma de obter o coeficiente de permeabilidade do concreto ali existente.
Desta forma, pode-se concluir que, há a necessidade de melhor avaliar as variáveis que atuam nos ensaios de
permeabilidade realizados “in situ”, bem como ensaios laboratoriais, pois é sabido que elas interferem de forma direta na
confiabilidade irrestrita dos dados, bem como de possíveis fatores de correlação.
Tabela 1 -Resultados dos ensaios contendo nomenclatura de identificação
PÓRTICO
DIVERSOS COMPONTENTES ESTRUTURAIS LADO NORTE (N20) E SUL (S28)
UL
(MPa)
PR
(mm)
N
26,9
23,0
1,0
S
26,5
31,5
4,5
L
28,7
46,0
6,12E-05
5,0
O
26,5
27,5
4,05E-05
6,0
N
26,1
35,3
3,02E-05
9,5
S
24,5
67,8
5,40E-05
L
23,9
43,0
1,60E-05
4,5
O
24,9
40,5
1,50E-05
8,0
N
28,5
51,0
9,00E-06
3,2
33,8
S
34,2
40,8
7,12E-06
5,0
42,0
L
33,0
51,8
6,54E-06
7,0
O
21,1
53,0
1,40E-05
0,0
0,17
0,15
41,5
N
37,9
59,3
5,12E-06
8,0
0,20
0,13
39,3
S
34,5
54,0
1,50E-05
0,0
L
C
C
O
C
66,0
I
38,2
32,0
L
36,2
75,0
2,90E-05
2,0
ENSAIOS
PILAR L
PILAR C
PILAR O
TRAVESSA
LONG. 1
LONG. 2
O
LONG. 4
31,0
69,7
1,40E-05
12,0
29,9
66,0
7,50E-05
11,0
O
30,5
55,3
1,40E-05
9,0
L
63,3
15,0
O
62,7
14,0
I
34,4
51,7
1,40E-05
17,0
L
35,1
64,0
1,40E-05
4,0
O
64,0
5,0
I
50,5
8,0
69,0
32,0
50,0
3,0
1,40E-05
0,0
62,0
Coeficiente
correlação
Kp/PE
44,4
42,4
0,12
0,18
41,3
3,48E-07
4,18E-07
3,99E-07
3,48E-07
3,48E-07
2,98E-07
1,13E-07
1,01E-07
1,00E-07
2,56E-07
9,70E-08
9,32E-08
0,00569
0,01032
0,01321
0,00644
0,02175
0,01987
0,01256
0,01419
0,01529
0,01829
0,01895
0,00621
40,5
1,76E-07
0,00607
1,12E-07
3,12E-07
3,48E-07
0,00800
0,00416
0,02486
8,77E-08
8,12E-08
0,00626
0,00580
1,16E-07
0,00827
2,12E-07
2,32E-07
2,45E-07
0,01518
0,01660
0,01533
2,77E-07
2,48E-07
0,01975
0,00382
Valor médio
Kp/PE
0,01237
41,3
40,0
41,6
0,15
0,21
42,8
0,12
0,12
42,0
45,8
44,8
0,10
0,08
0,10
36,0
33,2
0,12
0,09
34,9
32,9
0,14
0,12
34,2
38,2
0,14
0,13
36,2
38,7
15,0
O
27,4
51,0
1,40E-05
17,0
I
28,5
55,0
1,40E-05
12,0
L
28,9
48,0
1,60E-05
O
59,5
I
LONG. 8
Kp (mm/s)
37,5
L
LONG. 7
ES
(IEs)
62,0
I
LONG. 6
SU
(%)
33,6
I
O
CL
(%)
0,09
L
L
LONG. 5
CA
(mm)
62,7
I
LONG. 3
PE
(mm/s)
32,7
0,15
0,10
31,4
0,09
0,12
32,9
0,08
0,15
32,1
17,0
16,0
30,3
56,5
L
29,0
61,5
1,40E-05
9,0
O
I
31,5
61,5
48,5
6,50E-05
9,0
8,0
28,3
LONG. = longarina
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR ULTRASSONOGRAFIA = UL
Kp= COEFICIENTE PERMEABILDADE (NBR 10786)
RECOBRIMENTO ARMADURA=PR
PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO = CA
PERMEABILIDADE EXPRESSO POR FLUXO DE ÁGUA = PE
TEOR CLORETOS LIVRES = CL
INDICE ESCLERÓMETRICO = ES
TEOR DE SULFATOS = SU
Coeficiente de permeabilidade x Fluxo de água passante
4,50E-07
Coeficiente de permeabilidade (Kp) (mm/s)
4,00E-07
3,50E-07
3,00E-07
2,50E-07
2,00E-07
1,50E-07
3
2
y = 2E+06x - 342,92x + 0,0204x - 2E-08
2
R = 0,4862
1,00E-07
5,00E-08
0,00E+00
0,00E+00
1,00E-05
2,00E-05
3,00E-05
4,00E-05
5,00E-05
6,00E-05
7,00E-05
8,00E-05
Fluxo de água passante (mm/s)
Figura 3. Correlação entre o Coeficiente de permeabilidade e o Fluxo de água passante.
4.
Referências Bibliográficas
Instruction and Maintenance Manual of GWT, 1993, German Instruments, Dinamarca.
Paulo Monteiro, Mehta, 1988, “ Propriedades do concreto”, Editora Pini, Brasil.
Sebe, Jamil, 1998, “Estudo da Permeabilidade à água do concreto de alto desempenho” – Tese de Doutorado,
Curso de Pós-graduação, DEES, UFMG, Brasil.
Souza Coutinho, 1990, “Fabrico e Propriedades do Betão”, Publicações LNEC, Portugal.
5.
Copyright Notice
The author is the only responsible for the printed material included in his paper.
PERMEABILITY OF CONCRETE: A STUDY INTENDED FOR THE “IN SITU”
VALUATION USING PORTABLE INSTRUMENTS AND TRADITIONAL
TECHNICS.
Abstract: Valuation of the permeability shown by an existing concrete in a structure is an essential and important step for the definition
of its durability, performance and lifetime. Thus, such investigation shows the results of the researches which have been carried out in the
field, more specifically in the concrete structure of the bridge which joins Vila Velha and Vitória cities in the State of Espirito Santo,
Brazil, and which is commonly referred to as the 3rd bridge. A reciprocal relationship of the concrete permeability as evaluated in the field
shall also be presented to show the water flow passing by under pressure as well as its resistance to compression as obtained by current
ultrasonic inspection. This work is inserted in a more comprehensive program which includes supervision and accompanying of the
bridge structure for a more accurate valuation of the performance, durability and useful lifetime of the materials.
Keywords: permeability, ultrasound, concrete, durability.