UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
FÁBIO BOTTEGA
ANÁLISE DO ENSAIO ESCLEROMÉTRICO, UM ENSAIO NÃO
DESTRUTIVO, NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
CRICIÚMA, JULHO DE 2010.
FÁBIO BOTTEGA
ANÁLISE DO ENSAIO ESCLEROMÉTRICO, UM ENSAIO NÃO
DESTRUTIVO, NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
para obtenção do Grau de Engenheiro Civil, no
curso de Engenharia Civil da Universidade do
Extremo Sul Catarinense, UNESC.
Orientadora: MSc. DAIANE DOS SANTOS DA
SILVA
Co-orientador:
VARGAS
Prof.
Esp.
ALEXANDRE
FÁBIO BOTTEGA
ANÁLISE DO ENSAIO ESCLEROMÉTRICO, UM ENSAIO NÃO DESTRUTIVO,
NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado
pela banca examinadora para obtenção do
Grau de Engenheiro Civil, no curso de
Engenharia Civil da Universidade do Extremo
Sul Catarinense, UNESC com linha de
pesquisa em Ensaios Não Destrutivos.
Criciúma, 01 de julho de 2010.
BANCA EXAMINADORA
Prof.ª Daiane Dos Santos Da Silva – Mestre – Orientador
Prof.º Alexandre Vargas – Especialista – Co-orientador
Prof.ª Ângela Costa Piccinini – Mestre – Banca
AGRADECIMENTOS
Foram muitas as pessoas que contribuíram para a concretização deste
Trabalho de Conclusão de Curso, e meus agradecimentos em especial para:
Meu pai Pedro Bottega e minha mãe Tânia Fortes Bottega que sempre prestaram
apoio irrestrito e incondicional aos meus estudos.
Meus amigos e parentes pelas palavras de incentivo.
Allan Medeiros, colaborador do IPAT, pelo auxílio na execução dos ensaios no
laboratório de materiais da UNESC.
Os engenheiros civis da Construtora Fontana Jakson Araújo e Rodrigo Bianchini,
que gentilmente forneceram material para estudo, na expectativa de contribuir para a
pesquisa científica na engenharia civil.
A querida Gissele Tavares, mais conhecida como “Gi”, por todo o apoio e paciência
na organização da minha “complicada” documentação acadêmica de três
Universidades.
A professora Ângela Costa Piccinini pela coordenação do curso, sempre buscando o
melhor para os alunos e professores e para o Curso de Engenharia Civil da UNESC.
A professora Evelise Chemale Zancan com seu bom humor e otimismo insuperáveis.
Meus professores orientadores Daiane dos Santos e Alexandre Vargas pelas
instruções na elaboração deste TCC.
Os professores Alexandre Vargas (novamente) e Evânio Ramos Nicoleit pelo conteúdo passado em
sala que me deu condições de acertar as questões 25, 26 e 27 (Alexandre) e 39 e 40 (Evânio), e
conseguir a aprovação em Primeiro lugar no Concurso Público da CASAN 2009 para o cargo de
ENGENHEIRO CIVIL AUDITOR, na função de realizar auditoria das obras de Engenharia Civil da
CASAN de todo o Estado de Santa Catarina.
“E se o mundo não corresponde em
todos os aspectos a nossos desejos,
é culpa da ciência ou dos que querem
impor seus desejos ao mundo?”
Carl Sagan
RESUMO
O Ensaio Esclerométrico tem a promessa de estimar a resistência do concreto de
estruturas sem causar perda de resistência, mas em um estudo preliminar
descobriu-se que as normas técnicas a respeito do ensaio sugerem sua aplicação
somente em concretos mantidos em cura e temperatura controladas. Não obstante
os concretos de obras, que não atendem a esse critério de temperatura e cura, são
os que possuem a maior demanda pelo ensaio. Investigou-se de maneira mais
contundente se existem na bibliografia técnica procedimentos sistematizados de
aplicação do esclerômetro em obra, e como não foram encontrados, uma nova
metodologia foi proposta. Nesta metodologia foi obtida uma curva de correlação da
resistência do concreto e do Índice Esclerométrico, a qual foi comparada com a
curva do esclerômetro utilizado, e chegou-se a encontrar uma diferença de 33% nas
estimativas da resistência. Analisou-se também a influência das fôrmas de
moldagem do concreto na dureza superficial, utilizando quatro tipos de fôrmas. A
fôrma de madeira úmida foi a que proporcionou os menores índices Esclerométricos,
enquanto que os outros três tipos apresentaram valores muito parecidos. Avaliou-se
a influência da armadura do concreto no Índice Esclerométrico em obra e em
laboratório, e em nenhuma situação foi constatado aumento ou redução em seu
valor. Conclui-se que o Ensaio Esclerométrico, para obter uma estimativa real da
resistência do concreto, deve levar em conta todos os fatores que ocasionam
variação no Índice Esclerométrico e na resistência do concreto. Ao todo foram 567
impactos com o esclerômetro em 12 corpos de prova e 36 corpos de prova
cilíndricos ensaiados à compressão.
Palavras-chaves:
Esclerômetro
de
Schmidt.
superficial. Concreto. Ensaio Não Destrutivo.
Ensaio
Esclerométrico.
Dureza
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Curva de Gauss. .......................................................................................27
Figura 2 - Representação generalizada da variação da resistência em um mesmo
elemento estrutural....................................................................................................32
Figura 3 - Variação da resistência em vigas..............................................................33
Figura 4 - Aparelho de ultra-som...............................................................................41
Figura 5 - Sonda Windsor..........................................................................................42
Figura 6 - Ensaio de tração direta. ............................................................................43
Figura 7- Estrutura do Ensaio de Arrancamento. ......................................................44
Figura 8 - Execução do Ensaio Pull-out. ...................................................................44
Figura 9 - Elemento ensaiado com Pull-out...............................................................45
Figura 10 - Aparelho com visor digital incorporado. ..................................................46
Figura 11 - Modelo digital mais sofisticado. ..............................................................46
Figura 12 - Modelo com registro em papel do IE.......................................................46
Figura 13 - Mostrador analógico do IE de um esclerômetro......................................47
Figura 14 - Esclerômetro de Schmidt tipo N..............................................................53
Figura 15 - Área de ensaio de 9cm X 9cm, para 9 impactos, sugerida pela NBR 7584
(1995). .......................................................................................................................54
Figura 16 - Área de ensaio de 20cm X 20cm, para 16 impactos, sugerida pela NBR
7584 (1995). ..............................................................................................................55
Figura 17 - Exemplo de curva de correlação para o Ensaio Esclerométrico. ............56
Figura 18 - Variação da resistência na idade para 5 tipos de traços.........................57
Figura 19 - Coleta de concreto em obra com carrinho de mão. ................................59
Figura 20 - Molde cilíndrico sendo untado com óleo mineral. ...................................59
Figura 21 - Transporte dos CPs em seus moldes para evitar impactos. ...................60
Figura 22 - Lixa usada para regularização dos topos dos CPs cilíndricos. ...............61
Figura 23 - Aspecto do topo de um CP após regularização com lixamento manual. 61
Figura 24 - CP ø10x20 sendo ensaiado à compressão. ...........................................62
Figura 25 - Estado antes do polimento......................................................................62
Figura 26 - Após polimento. Os círculos em preto e vermelho servem de referência
para comparação. .....................................................................................................63
Figura 27 - Corte em serra diamantada de CP prismático. .......................................63
Figura 28 - topo do CP prismático após retifica em serra. ........................................64
Figura 29 - Acoplamento do prato da prensa com o CP retificado: melhor fixação do
CP. ............................................................................................................................64
Figura 30 - 11 pontos para ensaio.............................................................................65
Figura 31 - 12 pontos para o ensaio..........................................................................65
Figura 32 - 14 pontos de ensaio................................................................................66
Figura 33 - CP na prensa com as 14 marcações. .....................................................66
Figura 34 - Ensaio Esclerométrico sendo executado. ...............................................67
Figura 35 - Material para coleta do concreto e moldagem dos CPs na primeira etapa.
..................................................................................................................................68
Figura 36 - Material em canteiro de obras após a coleta de concreto.......................68
Figura 37 - Parte superior da estufa aquecida com lâmpadas incandescentes. .......69
Figura 38 - Quatro CPs de cura seca mantido em temperatura ambiente média de
21ºC. .........................................................................................................................69
Figura 39 - Um molde de madeira pinus sendo saturado..........................................72
Figura 40 - Moldes de madeira saturada usados no ensaio......................................72
Figura 41 - Moldes de madeira pinus seca. ..............................................................73
Figura 42 - Dois moldes de madeira compensada secos..........................................73
Figura 43 - Detalhe do material da madeira compensada.........................................74
Figura 44 - Moldes impermeáveis. ............................................................................74
Figura 45 - Interior do molde: estanqueidade conseguida através de lonas plásticas.
..................................................................................................................................75
Figura 46 - CP D4S-MS e seu molde. .......................................................................75
Figura 47 - D4S-CO e seu molde, superfície de excelente qualidade.......................76
Figura 48 - D4S-MS e seu molde, ambos ainda úmidos, mesmo após 4 dias da sua
concretagem..............................................................................................................76
Figura 49 - D4S-IM desmoldado, superfície muito lisa..............................................77
Figura 50 - D4E-MU: mesmo em estufa, a madeira não foi totalmente seca. ...........77
Figura 51 - Aspecto da madeira saturada em estufa, na face interior (a) e exterior (b).
Ainda com sinais de umidade na face interior. ..........................................................78
Figura 52 - Molde e CP D4E-MS...............................................................................78
Figura 53 - Molde e CP D4E-CO...............................................................................79
Figura 54 - CP D4E-IM e seu molde .........................................................................79
Figura 55 - Aspecto visual dos quatros CPs D4E......................................................80
Figura 56 - Aspecto visual dos quatros CPs D4S......................................................80
Figura 57 - Peneiramento com peneira comum para isolar o agregado graúdo do
concreto. ...................................................................................................................82
Figura 58 - Agregado miúdo de grandes dimensões retido na peneira.....................82
Figura 59 - Volume de agregado graúdo contido em um molde cilíndrico ø10x20cm
..................................................................................................................................83
Figura 60 - Pedra britada de basalto. ........................................................................83
Figura 61 - Pesagem do agregado graúdo saturado superfície seca........................84
Figura 62 - Colocação da brita para secagem em estufa..........................................84
Figura 63 - Seis CPs cilíndricos para o ensaio de compressão e o prismático para
ensaio de esclerometria. ...........................................................................................88
Figura 64 - Cura saturada. ........................................................................................88
Figura 65 - Estufa aquecida com lâmpadas incandescentes. ...................................89
Figura 66 - OUT: temperatura medida no meio do CP. IN: temperatura do ambiente.
..................................................................................................................................89
Figura 67 - Molde com barra nervurada CA50. .........................................................91
Figura 68 - Cura do concreto em reservatório com água. .........................................91
Figura 69 - Corpos de prova cilíndricos e prismático com armadura. .......................92
Figura 70 - Posicionamento da barra no concreto e direções dos impactos. ............92
Figura 71 - Nas setas vermelhas duas linhas de ensaio L3 e L4. .............................93
Figura 72 - Visão por inteiro do pilar. No retângulo vermelho, a região ensaiada. ....94
Figura 73 - Região ensaiada e armaduras localizadas. ............................................94
Figura 74 - Curva de correlação do esclerômetro utilizado. ....................................104
Figura 75 - Agregado retido na #19mm...................................................................121
Figura 76 - Agregado retido na #12mm...................................................................121
Figura 77 - Agregado retido na # 9,5mm.................................................................121
Figura 78 - Agregado retido na #6,3mm..................................................................121
Figura 79 - Agregado retido na #4,8mm..................................................................121
Figura 80 - Equipamento de vibração utilizado. ......................................................121
Figura 81 - Dois dos três moldes de madeira cilíndricos.........................................134
Figura 82 - Detalhe do interior do molde de madeira cilíndrico. ..............................134
Figura 83 - Os três moldes de madeira concretados...............................................135
Figura 84 - CPs cilíndricos de molde de madeira ensaiados à compressão. ..........136
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Curva granulométrica do agregado graúdo. ............................................85
Gráfico 2 - Variação do IE com a idade para cura em temperatura ambiente...........95
Gráfico 3 - Variação do IE com a idade para cura por 7 dias em estufa. ..................96
Gráfico 4 - Crescimento do IE para fôrma impermeável. ..........................................97
Gráfico 5 - Crescimento do IE para madeira compensada........................................97
Gráfico 6 - Crescimento do IE para madeira saturada. .............................................98
Gráfico 7 - Crescimento do IE para madeira pinus seca. ..........................................98
Gráfico 8 - Influência das fôrmas usando a média dos IEs das duas curas. ...........100
Gráfico 9 - Crescimento da resistência do concreto................................................100
Gráfico 10 - Crescimento da resistência do concreto para 3 tipos de cura. ............101
Gráfico 11 - Crescimento do IE com a idade para os três tipos de cura. ................102
Gráfico 12 - Curvas de correlação individuais para cada tipo de cura. ...................102
Gráfico 13 - Curvas de correlação individuais ajustadas.........................................103
Gráfico 14 - Curva de correlação final para os 3 tipos de cura................................103
Gráfico 15 - Comparação da curva obtida com a curva do esclerômetro................105
Gráfico 16 - Crescimento da resistência do concreto..............................................107
Gráfico 17 - Comparativo entre curvas de correlação. ............................................127
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Formação de lotes pela NRB 12655 (2006). ...........................................26
Quadro 2 - Cronologia dos procedimentos realizados. .............................................70
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para conversão de resistência de corpos de prova cilíndricos. ...23
Tabela 2 - Coeficientes de conversão da resistência de diversas geometrias de CPs.
..................................................................................................................................24
Tabela 3 - Variação da resistência em pilares...........................................................32
Tabela 4 - Variação da resistência entre topo e base de pilares...............................33
Tabela 5 - Relações fcj / fc28 .......................................................................................36
Tabela 6 - Resistências à compressão aos 28 dias. .................................................39
Tabela 7 - Quantidades de agregado graúdo encontradas no peneiramento. ..........85
Tabela 8 - Índices Esclerométricos aos 28 dias para cura seca e em estufa. ...........99
Tabela 9 - Índices Esclerométricos para concreto com barra de 8mm....................106
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABECE - Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
CP - corpo de prova
D3E - concreto da terceira coleta, de cura seca, em estufa
D3S - concreto da terceira coleta, de cura seca, fora da estufa
D3U - concreto da terceira coleta, de cura normatizada
D4S - concreto da quarta coleta, de cura seca, fora da estufa
D4S-CO - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, de cura seca
fora da estufa, moldado em madeira compensada
D4S-IM - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, de cura seca fora
da estufa, moldado em madeira impermeabilizada
D4S-MS - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, de cura seca
fora da estufa, moldado em madeira pinus seca
D4S-MU - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, de cura seca
fora da estufa, moldado em madeira pinus saturada
D4E - concreto da quarta coleta, de cura seca, em estufa
D4E-CO - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, curado em
estufa, moldado em madeira compensada.
D4E-IM - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, curado em
estufa, moldado em madeira impermeabilizada.
D4E-MS - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, curado em
estufa, moldado em madeira pinus seca.
D4E-MU - corpo de prova prismático 15x15x30cm, da quarta coleta, curado em
estufa, moldado em madeira pinus saturada.
END - Ensaio Não Destrutivo
LISTA DE SÍMBOLOS
fck - resistência característica do concreto
fckj - resistência característica do concreto de “j’ dias de idade
fck,est - resistência característica do concreto obtida pela aplicação da NBR 12655
fcj - resistência do concreto de “j” dias de idade
fc28 - resistência do concreto de 28 dias de idade
Ø10x20cm - corpo de prova cilíndrico de diâmetro 10cm e altura 20cm
Ø15x30cm - corpo de prova cilíndrico de diâmetro 15cm e altura 30cm
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................18
1.1 Problema .............................................................................................................19
1.2 Justificativa..........................................................................................................19
1.3 Objetivos .............................................................................................................20
1.3.1 Objetivo geral ...................................................................................................20
1.3.2 Objetivos específicos .......................................................................................20
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................22
2.1 Considerações sobre a resistência do concreto..................................................22
2.1.1 Resistência à compressão axial do concreto - fcj..............................................22
2.1.2 Geometria dos corpos de prova para ensaio de compressão ..........................23
2.1.3 Diâmetro do CP e tamanho do agregado graúdo.............................................24
2.1.4 Controle tecnológico do concreto .....................................................................25
2.1.5 Resistência característica à compressão do concreto - fck ...............................26
2.1.6 Significado estatístico do fck .............................................................................27
2.2 Cálculo do fck .......................................................................................................28
2.2.1 Fcks de interesse ...............................................................................................29
2.2.2 Ponderações do valor do fck no cálculo estrutural ............................................29
2.2.3 Variações da resistência na própria estrutura ..................................................31
2.2.3.1 Variações da resistência em um mesmo elemento estrutural .......................31
2.2.4 Determinação do fck da estrutura......................................................................33
2.2.4.1 Locais genéricos da estrutura para obter a resistência .................................34
2.2.5 Transformação de fckj (ou fcj) para fck28 (ou fc28). ...............................................35
2.2.5.1 Transformação conforme NBR 6118 (2003)..................................................36
2.2.5.2 Transformação pela lei de Abrams................................................................36
2.2.6 Umidade dos CPs e testemunhos no ensaio de compressão ..........................37
2.2.7 Considerações sobre o ganho de resistência do concreto ...............................37
2.2.7.1 Cura...............................................................................................................38
2.2.7.2 Alta temperatura de cura ...............................................................................38
2.3 Ensaios Não Destrutivos na avaliação da resistência .........................................40
2.3.1 Ultrasom ...........................................................................................................41
2.3.2 Penetração de pinos ........................................................................................42
2.3.3 Pull-off ..............................................................................................................42
2.3.4 Pull-out .............................................................................................................43
2.3.5 Maturidade .......................................................................................................45
2.3.6 Esclerometria ...................................................................................................45
2.4 O Ensaio Esclerométrico e a resistência do concreto .........................................48
2.4.1 Recomendações para o Ensaio Esclerométrico...............................................51
2.4.2 Curva de correlação .........................................................................................55
3 METODOLOGIA DA PESQUISA...........................................................................58
3.1 Procedimentos genéricos dos ensaios ................................................................58
3.2 Execução dos ensaios.........................................................................................64
3.3 Primeira Etapa - Influência da fôrma no IE..........................................................67
3.3.1 Identificação dos CPs prismáticos....................................................................71
3.3.2 Tipos de fôrmas utilizadas................................................................................71
3.3.3 Caracterização do concreto..............................................................................80
3.3.4 Caracterização do agregado graúdo ................................................................81
3.4 Segunda Etapa - Proposta de uma nova metodologia para o Ensaio
Esclerométrico...........................................................................................................86
3.4.1 Identificação dos corpos de prova....................................................................87
3.4.2 Temperaturas de cura ......................................................................................87
3.4.3 Caracterização do concreto..............................................................................90
3.4.4 Tipos de fôrmas................................................................................................90
3.5 Terceira etapa - Influência da armadura no IE ....................................................90
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES...........................................................................95
4.1 Primeira Etapa - Influência da fôrma no IE..........................................................95
4.2 Segunda Etapa - Proposta de uma nova metodologia para o Ensaio
Esclerométrico.........................................................................................................101
4.3 Terceira Etapa - Influência da armadura no IE..................................................105
4.3.1 Em laboratório ................................................................................................105
4.3.2 Em obra..........................................................................................................107
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .........108
5.1 Primeira Etapa - Influência da fôrma no IE........................................................108
5.2 Segunda Etapa - Proposta de uma nova metodologia para o Ensaio
Esclerométrico.........................................................................................................108
5.3 Terceira Etapa - Influência da armadura ...........................................................110
REFERÊNCIAS.......................................................................................................111
APÊNDICES ...........................................................................................................113
APÊNDICE A - Índices Esclerométricos e ensaios à compressão da Primeira
Etapa. .....................................................................................................................114
APÊNDICE B - Agregados graúdos retidos nas peneiras da primeira etapa. ..120
APÊNDICE C - Índices Esclerométricos e ensaios à compressão da Segunda
Etapa. .....................................................................................................................122
APÊNDICE D - Curvas de correlação...................................................................126
APÊNDICE E - Índices Esclerométricos e ensaios à compressão da Terceira
Etapa. .....................................................................................................................128
APÊNDICE F - Índices Esclerométricos da Terceira Etapa em obra.................131
APÊNDICE G - Ensaios de compressão em corpos de prova moldados em
fôrma cilíndrica de madeira..................................................................................133
18
1 INTRODUÇÃO
O concreto tradicional, utilizado nas construções comuns, é composto,
basicamente, por um aglomerante (o cimento), um agregado graúdo (seixo ou pedra
britada), um agregado miúdo (areia) e água. Da mistura desses quatro componentes
resulta um composto pastoso, nesta fase, chamado de concreto fresco. Pelas
reações químicas desse composto, iniciadas no contato da água com o cimento, o
concreto fresco vai ganhando consistência, período denominado de “pega”.
À medida que as reações de hidratação do cimento se desenvolvem, o
concreto vai ganhando rigidez e se transformando em um material sólido. É nesse
estado que é possível avaliar a sua propriedade mais importante: a resistência à
compressão. É a avaliação dessa propriedade, utilizando um equipamento
denominado Martelo de Schmidt, o objetivo do Ensaio Esclerométrico. E é este
ensaio o alvo deste trabalho.
O Ensaio Esclerométrico permite estimar a resistência do concreto pela
medida da dureza de sua superfície. Essa medida é feita sem provocar redução da
capacidade resistente da peça ensaiada e sem provocar dano superficial relevante,
por isso esse ensaio também é tratado como sendo um Ensaio Não Destrutivo
(END).
Para melhor compreensão, o trabalho foi dividido em cinco capítulos. O
capítulo 2 trata da fundamentação teórica, abrangendo conceitos da resistência do
concreto, uma visão geral dos principais Ensaios Não Destrutivos e detalhes de
aplicação do Ensaio Esclerométrico. O capítulo 3 contempla a parte prática do
trabalho, que foram experimentos em laboratório e em obra, detalhando como foram
realizados. O capítulo 4 apresenta os resultados dos experimentos e comentários a
respeito. As conclusões finais e recomendações para trabalhos futuros estão no
capítulo 5. No Apêndice A estão os valores dos índices Esclerométricoss obtidos nos
ensaios e os valores dos ensaios à compressão dos corpos de prova cilíndricos.
19
1.1 Problema
A obtenção da resistência à compressão do concreto em estruturas já
executadas é muitas vezes necessária, e para se obter boa precisão, faz-se a
extração de testemunhos de concreto da estrutura, sendo os mesmos ensaiados à
compressão. Entretanto, esse procedimento gera danos significativos à estrutura
ensaiada. Já o Ensaio Esclerométrico tem a promessa de estimar a resistência do
concreto sem causar perda de resistência do elemento estrutural, no entanto, sua
aplicação no concreto das estruturas de obras correntes possui poucos
esclarecimentos técnicos na literatura.
Dessa maneira questiona-se: é possível aplicar o Ensaio Esclerométrico
nas estruturas de concreto das obras comuns, seguindo as informações da
literatura, principalmente a Norma MERCOSUL NM 78, e obter resultados
confiáveis?
Ainda dentro da temática do Ensaio Esclerométrico, pergunta-se: as
fôrmas de moldagem podem influenciar a dureza superficial do concreto? Armaduras
no concreto causam influência significativa no Índice Esclerométrico?
1.2 Justificativa
A avaliação da resistência do concreto de estruturas de concreto armado
é muitas vezes necessária para esclarecer dúvidas e auxiliar os engenheiros na
tomada de decisões. Essa necessidade surge, por exemplo, quando se deseja
comparar a resistência do concreto de elementos estruturais concretados com várias
betonadas, quando se deseja estabelecer a data da retirada dos escoramentos de
uma estrutura, avaliar a homogeneidade da dureza superficial de estruturas novas e
antigas, quando se realiza uma perícia, etc.
Para a avaliação da resistência do concreto, o método mais comumente
aceito é o de extração de testemunhos, o qual consiste na perfuração de um
elemento estrutural e extração de um cilindro de concreto que será ensaiado à
compressão. Esse método possui o inconveniente de reduzir a capacidade
20
resistente do elemento estrutural, e por isso, é muitas vezes evitado. Os Ensaios
Não Destrutivos justamente tem a vantagem de não produzir dano estrutural, e por
isso que têm uma tendência de aceitabilidade cada vez maior na engenharia, e suas
aplicações,
portanto,
merecem
estudos
mais
aprofundados.
O
Ensaio
Esclerométrico é um Ensaio Não destrutivo bastante difundido e possui muitas
vantagens em relação a outros ensaios, no entanto, sua aplicação em concretos de
obras parece carecer de informações técnicas. Também outros detalhes do ensaio
possuem poucos estudos divulgados, como a influência da armadura e do material
das fôrmas no Índice Esclerométrico, fazendo jus a uma pesquisa científica.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho é executar o Ensaio Esclerométrico tanto
em laboratório como em obra, para compreender seus detalhes de aplicação e, se
possível, torná-lo mais aceito pelos profissionais da área da engenharia civil.
1.3.2 Objetivos específicos
•
Propor uma nova metodologia de obtenção de curvas de correlação para
concretos mantidos em condições não normatizadas, que seria uma alternativa à
proposta da NM 78.
•
Determinar as melhores técnicas para a execução da esclerometria de modo
a obter os melhores resultados.
21
•
Verificar se fôrmas de madeira seca, madeira úmida, madeira compensada e
fôrma impermeável fornecem os mesmos Índices Esclerométricos para um mesmo
concreto sob mesma cura.
•
Verificar a influência da armadura no Índice Esclerométrico.
22
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Considerações sobre a resistência do concreto
2.1.1 Resistência à compressão axial do concreto - fcj
A resistência à compressão axial do concreto, ou simplesmente fcj, é a
característica do concreto mais importante para estruturas, pois é a partir dela que
se dá todo o processo do cálculo estrutural de concreto armado.
A verificação de fcj de um concreto, de forma simplificada, pode ser
determinada seguindo os passos abaixo:
a) Coleta de quantidade suficiente de concreto para a moldagem dos corpos de
prova (CPs);
b) A forma e tamanho do molde devem seguir a NBR 5738 (2008), item 7.1: “A
dimensão básica do corpo de prova deve ser, no mínimo, 4 vezes maior que a
dimensão nominal máxima do agregado graúdo do concreto.” Para concretos
comuns, geralmente, são usados moldes cilíndricos de base 10cm e altura
20cm ou base 15cm e altura 30cm;
c) O lançamento, adensamento e cura dos corpos de prova devem ser feitos
seguindo as prescrições da NBR 5738 (2008);
d) O ensaio de compressão, em prensa, do corpo de prova: é padronizado pela
NBR 5739 (2007). A idade padronizada para o ensaio é de 28 dias;
e) Determina-se a tensão de ruptura dividindo-se a carga de ruptura do CP pela
área de sua seção transversal, expressando o resultado com aproximação de
0,1 MPa.
23
2.1.2 Geometria dos corpos de prova para ensaio de compressão
Atualmente no Brasil, para o ensaio de compressão só existe
normatização para corpos de prova que possuam a forma geométrica cilíndrica, cuja
altura seja o dobro do diâmetro da base. Essa normatização é feita pela NBR 5739
(2007) – Ensaios de compressão de corpos de prova cilíndricos.
Não obstante, em outros países outras formas geométricas são adotadas
para o ensaio de compressão, como por exemplo, a forma cúbica, que tem a
vantagem de não necessitar de retificação de nenhuma face para melhorar o
acoplamento do CP ao prato da prensa. (GIONGO, 2009).
Quando da utilização de CPs cilíndricos de geometrias diferentes das
especificadas na NBR 5739 (2007), pode-se utilizar os valores de conversão da
Tabela 1.
Tabela 1 - Valores para conversão de resistência de corpos de prova cilíndricos.
Relação h / d
Pesquisador ou
Norma
2,00
1,75
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
Petrucci
1,00
0,98
0,96
0,94
0,85
0,70
0,70
Neville
1,00
0,97
0,93
0,90
0,85
-
-
Tobio
1,00
1,00
0,97
0,91
0,87
-
-
Petersons
1,00
0,97
0,95
0,89
0,83
0,77
0,71
Bungey
1,00
-
-
-
0,77
-
-
Sangha & Dhir
1,00
-
0,95
-
0,83
-
-
BS 1881
1,00
0,97
0,92
0,87
0,80
-
-
ASTM C 42
1,00
0,98
0,96
0,93
0,87
-
-
UNE 83302
1,00
0,98
0,96
0,94
0,90
-
-
JIS A1107
1,00
0,98
0,96
0,94
0,89
-
-
ABNT NBR 7680
1,00
0,97
0,93
0,89
0,83
-
-
Fonte: CREMONINI (1994 apud CASTRO, 2009).
Para corpos de prova de outras geometrias, pode-se fazer uso da Tabela
2.
24
Tabela 2 - Coeficientes de conversão da resistência de diversas geometrias de CPs.
Tipo de corpode-prova
Coeficientes de conversão
Dimensões (cm)
Valores limites
Valor médio
Cilíndrico
15 × 30
1,00
Cilíndrico
10 × 20
0,94 a 1,00
0,97
Cilíndrico
25 × 50
1,00 a 1,10
1,05
Cúbico
10
0,70 a 0,90
0,80
Cúbico
15
0,70 a 0,90
0,80
Cúbico
20
0,75 a 0,90
0,83
Cúbico
30
0,80 a 1,00
0,90
Prismático
15 × 15 × 45
0,90 a 1,20
1,05
Prismático
20 × 20 × 60
0,90 a 1,20
1,05
Fonte: GIONGO (2009)
2.1.3 Diâmetro do CP e tamanho do agregado graúdo
Pela análise das normas nacionais atuais e antigas, foi constatada certa
confusão na definição do diâmetro do molde para corpos de prova ou testemunhos
em função do diâmetro do agregado graúdo. Normas vigentes utilizam definições
diferentes, o que não deveria ocorrer, pois ocasionam entendimentos distintos sobre
um mesmo assunto. Percebeu-se que a NBR 5738 (2003) foi a norma que realizou a
modificação da definição do diâmetro do molde em função do agregado graúdo, e
sua versão posterior (e atual), lançada no ano de 2008, manteve essa definição, que
é a que se segue:
A dimensão básica do corpo-de-prova deve ser no mínimo quatro vezes
maior que a dimensão nominal máxima do agregado graúdo do concreto.
As partículas de dimensão superior à máxima nominal, que ocasionalmente
sejam encontradas na moldagem dos corpos-de-prova, devem ser
eliminadas por peneiramento do concreto, de acordo com a NBR NM 36.
NOTA - Alternativamente, desde que conste no relatório do ensaio, a
medida básica do corpo-de-prova pode ser no mínimo três vezes maior que
a dimensão nominal máxima do agregado graúdo do concreto. (NBR
5738, 2008, grifo meu).
25
A NBR 5738 (2003) e a NBR 5738 (2008) não trazem a definição do
termo “dimensão nominal máxima”. Buscou-se então sua definição em outras
normas, e encontrou-se na NBR 7225 (1993) o seguinte:
Dimensões nominais de agregados: Aberturas nominais das peneiras de malhas
quadradas, correspondentes às dimensões reais do agregado.
Por analogia, a dimensão nominal máxima seria a menor peneira na qual
passam todos os agregados graúdos.
A antiga NBR 5738 (1994) exigia que o diâmetro do molde fosse três
vezes maior que a “dimensão máxima característica”.
A NBR 7211 (2005) define a dimensão máxima característica como a
grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado, correspondente à
abertura nominal, em milímetros, da malha da peneira da série normal ou
intermediária na qual o agregado apresenta uma porcentagem retida acumulada
igual ou imediatamente inferior a 5% em massa.
Disso percebe-se que a antiga NBR 5738 (1994) utilizava o termo
“dimensão máxima característica”, e que a partir da sua versão de 2003 passou a
utilizar o termo “dimensão nominal máxima”, que tem significados distintos. O termo
“dimensão nominal máxima” não é um termo estatístico, ele simplesmente
corresponde a um tamanho máximo permitido do agregado graúdo, enquanto o
termo “dimensão máxima característica” faz uma limitação estatística e não nominal.
2.1.4 Controle tecnológico do concreto
O controle tecnológico do concreto engloba os mais diversos ensaios que
avaliam várias propriedades do concreto. Dentre esses ensaios, um muito
importante é o que avalia a resistência à compressão axial.
A verificação da resistência do concreto solicitado só é possível ser
realizada depois de transcorridos 28 dias da concretagem, ou seja, não é possível
saber no momento da entrega do concreto se o mesmo atende a resistência
especificada. Um controle que se pode fazer no recebimento do concreto em obra é
o ensaio de abatimento do tronco de cone, ou slump, o qual serve para dar uma
26
idéia da trabalhabilidade do concreto. Pelo slump é possível verificar se há alguma
variação não esperada no traço do concreto. Mudanças no abatimento do concreto
podem indicar alterações no consumo de água, de cimento ou aditivo, bem como
nas características dos agregados (METHA E MONTEIRO, 2008, p.480).
2.1.5 Resistência característica à compressão do concreto - fck
Todo o cálculo de estruturas de concreto armado tem por base o valor da
resistência característica do concreto, fck, o qual deve ser verificado em um controle
de aceitação através do Controle Estatístico da Resistência em qualquer obra de
concreto armado, (Item 12.3.3 da NBR 6118 (2003): “... o controle de resistência à
compressão do concreto deve ser feito aos 28 dias, de forma a confirmar o valor de
fck adotado no projeto.” A sua verificação é importante porque comprova se o fck do
concreto entregue (ou produzido) na obra se iguala ou supera o fck de projeto, o que
é importante para a segurança da edificação. Helene (1986) ratifica essa afirmação
ao dizer que “o controle da resistência à compressão do concreto – ou seja, a
determinação do fck, - situa-se dentro dessa necessidade de comprovação daquilo
que está sendo executado frente ao que foi adotado no projeto da estrutura.”
A NBR 12655 (2006) indica a divisão da estrutura em lotes, cada qual terá
seu fck calculado através do ensaio de compressão dos exemplares representativos
do lote. A formação dos lotes deve seguir o indicado no Quadro 1.
Solicitação principal dos elementos da estrutura
Limites superiores
Volume de concreto
Número de andares
Tempo de concretagem
Compressão ou compressão e
flexão
50 m3
Flexão simples
100 m3
1
3 dias de concretagem
1
1)
Quadro 1 - Formação de lotes pela NRB 12655 (2006).
Fonte: NBR 12655 (2006).
1)
Este período deve estar compreendido no prazo total máximo de sete dias, que inclui eventuais
interrupções para tratamento de juntas.
27
A NBR 12655 (2006) – Concreto de cimento portland, preparo, controle e
recebimento, procedimento - é a que normatiza o Controle Estatístico de Resistência
do concreto recebido ou produzido em obra. Como uma estrutura é divida em vários
lotes e cada um possui um fck, ela disporá, ao final de sua concretagem, de vários
fcks, enquanto o cálculo estrutural adota somente um valor de fck.
2.1.6 Significado estatístico do fck
O valor do fck é um termo estatístico, e corresponde ao valor de
resistência com probabilidade de 5% de ser ultrapassado para menos, na
amostragem de um lote. Os valores de fck e fcj são facilmente compreendidos ao se
visualizar a Curva de Gauss, mostrada na Figura 1, onde Sd é o desvio padrão.
Figura 1 - Curva de Gauss.
28
2.2 Cálculo do fck
O cálculo do fck de um lote de uma estrutura é feito de acordo com o tipo
de controle do concreto, por amostragem parcial, – onde algumas betonadas têm
concreto coletado para moldagem de corpos de prova, – ou por amostragem total, –
em que todas as betonadas é coletado concreto.
O valor do fck de uma amostra ou lote de concreto no controle de
aceitação do concreto pode ser calculado, de uma maneira geral, da seguinte forma:
1 – Faz-se a coleta de concreto das betonadas de concreto respeitando a
NBR NM 33;
2 – Moldam-se e curam-se os corpos de prova cilíndricos de concreto de
acordo com a NBR 5738;
3 – Realiza-se o ensaio de compressão em todos os corpos de prova aos
28 dias de idade seguindo a NBR 5739. Cada qual irá fornecer um valor de fcj
(resistência à compressão individual do corpo de prova).
4 – De posse dos valores de fcj, calcula-se o valor estatístico de fck pela
norma NBR 12655. Este valor específico de fck será tratado neste texto de fck,est por
tratar-se de uma estimativa (otimista) do fck do concreto das estruturas da obra. A
notação fck,est também é a notação adotada pela NBR 12655 (2006)
Esclarece-se aqui que existem dois tipos de controle estatístico da
resistência do concreto, um feito na produção e outro feito na aceitação do mesmo
em obra. “Ambos são necessários para que seja alcançado um bom resultado final,
mas suas missões são diferentes.” (HELENE, 1986).
Um instrumento utilizado para o controle da produção do concreto é a
Carta de valores individuais: Segundo Helene e Terzian (1993) “o controle mais
divulgado e aceito em todo o Brasil utiliza cartas de controle que permitem o
acompanhamento da uniformidade e da eficiência do concreto”. Para Helene (1986),
acompanhar a evolução do desvio-padrão é o aspecto mais importante do controle
de qualidade do processo de produção do concreto, pois o custo do m³ de concreto
depende diretamente dele.
29
2.2.1 Fcks de interesse
Observa-se que são três fcks de maior interesse:
1 - O fck de projeto: é valor de fck que foi utilizado no dimensionamento
estrutural, seu valor é definido pelo engenheiro de estruturas; é o mesmo que o fck
de dosagem.
2 - O fck,est: é o fck calculado com os corpos de prova normatizados, aos 28
dias, que por norma, deve ser igual ou maior ao fck de projeto; representa uma
estimativa otimista do fck da estrutura; e
3 - O fck da estrutura: são os fcks reais do concreto da estrutura; para o
cálculo de seu valor para um determinado lote devem ser extraídos vários
testemunhos da estrutura, os quais devem ter sua resistência fcj determinada; de
posse desses valores de fcj é calculado o fck.
É válido frisar que o fck da estrutura determinado através da compressão
de testemunhos extraídos da mesma não tem a obrigatoriedade de ser igual ou
maior que o fck,est, visto que o concreto da estrutura não ficou sob as mesmas
condições de cura e temperatura que os corpos de prova normatizados. Como será
visto mais a frente, a resistência do concreto da estrutura é quase sempre inferior à
resistência dos corpos de prova normatizados.
2.2.2 Ponderações do valor do fck no cálculo estrutural
No máximo 5% do volume total de concreto de um lote pode estar com
resistência à compressão abaixo do valor de fck de projeto, isto é para tentar limitar a
quantidade de concreto da estrutura com fck abaixo do fck de projeto; quando o
controle da resistência do concreto identificar desrespeito a essa exigência, esse
concreto é classificado no meio profissional como “não conforme”. Esse volume de
concreto de 5% com resistência inferior ao fck de projeto, apesar de estar de acordo
com a NBR 12655 (2006), poderia ser problemático no dimensionamento estrutural,
pois o mesmo é feito baseando-se em uma resistência igual ou superior à do fck,
30
mas a NBR 6118 (2003), considerando esse fato, adota ponderações do valor de fck,
minorando-o. Também na norma outras ponderações são feitas para cobrir outras
incertezas e aproximações.
Na NBR 12655 (2006), o cálculo do fck de apenas uma betonada, se ela
for a única do lote, pode ser calculada pelo critério do “Controle do Concreto por
Amostragem Total”, item 6.2.3.2:
a) para n ≤20, fck,est = f1
b) para n > 20, fck,est = fi
onde n é o número de exemplares;
f1 é a menor resistência encontrada e i = 0,05 n.
Se essa betonada pertencer a um lote de no máximo a 10m³, o fck pode
ser calculado pelo item 6.2.3.3 da NBR 12655 (2006):
fck,est = Ψ6 . f1
Já o grupo ABECE (2010), independente de essa betonada ser ou não a
única do lote, recomenda a utilização da seguinte fórmula:
fck,est = 0,96 . X0
onde X0 é o maior valor de fc de dois CPs moldados com o concreto da betonada.
O valor de fck sofre a primeira ponderação através da fórmula seguinte:
fcd= fck / yc , onde
yc = ym1 . ym2 . ym3.
Conforme o item 12.1 da NBR 6118 (2003):
γm1 - Parte do coeficiente de ponderação das resistências γc, que considera a
variabilidade da resistência dos materiais envolvidos;
γm2 - Parte do coeficiente de ponderação das resistências γc, que considera a
diferença entre a resistência do material no corpo-de-prova e na estrutura;
31
γm3 - Parte do coeficiente de ponderação das resistências γc, que considera os
desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto do ponto de
vista das resistências.
Usualmente adota-se yc = 1,4 para as condições normais.
Além do coeficiente yc, outra ponderação é feita nas tensões de cálculo,
conforme item 17.2.2 da NBR 6118 (2003):
σ = 0,8 . fcd (caso de redução da seção comprimida)
ou
σ = 0,85 . fcd (caso de seção constante ou crescente).
2.2.3 Variações da resistência na própria estrutura
Em termos gerais, as variações de resistência “in situ” podem ser
explicadas pelas diferenças na compactação e cura ou à não uniformidade do
concreto fornecido. As variações do fornecimento são assumidas como sendo
fortuitas, mas as variações na compactação e cura seguem padrões definidos de
acordo com o tipo de elemento. (NEPOMUCENO, 1999, p.33). A resistência do
concreto nas bases dos elementos estruturais tem a tendência de ser maior do que
a resistência do concreto nos topos das vigas, lajes e pilares, devido ao fenômeno
da exsudação, que modifica a relação água/cimento, alterando, portanto, a
resistência.
2.2.3.1 Variações da resistência em um mesmo elemento estrutural
Numericamente, a variação da resistência, ao longo da altura do elemento
estrutural, pode ser vista na Figura 2.
32
Figura 2 - Representação generalizada da variação da resistência em um mesmo
elemento estrutural.
Fonte: BUNGEY (1996 apud NEPOMUCENO, 1999)
Para os pilares, a variação da resistência ao longo de sua altura pode ser
visualizada na Tabela 3.
Tabela 3 - Variação da resistência em pilares.
Referência
KHAYAT
Dimensões
Resistência
Diferenças de
Variação de
(m)
(MPa)
Resistência
Resistência nos
Topo/Base (%)
elementos
1,5x0,95x0,2
40-70
2-8
1,8-5,5%
1,4x0,24x0,24
50
1%
2,8%
ZHU (2000)
3 m altura
35 e 60
3 -11%
6,3-8,8%
HOFFMANN
5x2
45-70
-
7,5-12,9%
1,54x1,1x0,2
56-59
5%
-
(1997)
KHAYAT
(1999)
(2003)
KHAYAT
(2003)
Fonte: DOMONE (2006 apud HASTENPFLUG, 2007).
33
Considerando ainda os pilares, MUNDAY (1984 apud VIEIRA, 2007)
indica que a variação de resistência varia conforma o indicado na Tabela 4.
Tabela 4 - Variação da resistência entre topo e base de pilares
Altura da peça (mm)
% de redução da resistência entre o topo e as camadas inferiores
200
8
400
12
600
16
800
19
1600
21
>1600
23
Fonte: MUNDAY (1984 apud VIEIRA, 2007).
Já para vigas, a variação da resistência pode ser representada conforme
indica a Figura 3.
Figura 3 - Variação da resistência em vigas.
Fonte: BUNGEY (1996 apud NEPOMUCENO, 1999).
2.2.4 Determinação do fck da estrutura
O fck da estrutura pode ser determinado através de um número satisfatório
de testemunhos, cujo local de extração deve considerar a variabilidade da
resistência do concreto na estrutura (e os danos por ela sofridos). Os pontos de uma
34
estrutura para se obter a resistência do concreto podem ser definidos conforme as
instruções a seguir.
2.2.4.1 Locais genéricos da estrutura para obter a resistência
A resistência do concreto dos corpos de prova normatizados, para uma
mesma data, geralmente é superior à resistência do concreto da própria estrutura,
pois as condições de lançamento, adensamento e cura do concreto da estrutura são
diferentes e piores do que as dos corpos de prova em laboratório; em obra existe
uma enorme diversidade nos modos de lançamento, adensamento e cura do
concreto enquanto que no laboratório todo esse processo é controlado e sempre
feito da mesma maneira. Apenas em algumas situações pode ocorrer de a
resistência real do concreto na obra se igualar ou superar a obtida dos CPs do
controle de recebimento. Isso significa dizer que o fck dos corpos de prova de um lote
quase sempre será maior que o fck do concreto correspondente a esse lote na
própria estrutura.
A avaliação da resistência do concreto da estrutura pode ser feita de
modo direto pela extração de testemunhos e compressão dos mesmos ou de modo
indireto, pela medição de alguma propriedade do concreto correlacionando-a com a
resistência do mesmo, (que é o procedimento dos ensaios não destrutivos).
Os locais específicos em um lote de concreto da estrutura para se
determinar a resistência podem ser escolhidos de acordo com o ensaio que será
feito, e para a extração de testemunhos podem ser definidos de maneira geral da
seguinte forma, conforme preconiza a NBR 7680 (2007):
a) A formação dos lotes deve obedecer àquela obtida quando da concretagem
da estrutura ou em função da importância das peças que compõe a estrutura,
por exemplo, considerar todos os pilares de um pavimento como um lote. O
lote pode envolver um volume de concreto tão reduzido quanto se queira ou
se precise para análise da estrutura ou adequabilidade do concreto. O
tamanho máximo do lote de concreto a ser analisado deve atender a:
I)
volume total de concreto não superior a 100m³;
35
II)
área construída em planta não superior a 500m²;
III)
volume de concreto produzido no máximo dentro de 15 dias;
IV) quando edifício, no máximo um andar;
V)
em grandes estruturas maciças, o lote poderá abranger um volume de até
500m³, desde que a concretagem tenha sido executada em prazo não
superior a uma semana.
Em colunas, pilares e paredes cortina, passíveis de sofrerem fortemente o
fenômeno da exsudação, os testemunhos devem ser extraídos 50cm abaixo da
superfície topo de concretagem do elemento estrutural. Sempre que isto não for
possível, os resultados podem ser aumentados em até 10%, desde que isso conste
no relatório. NBR 7680 (2007).
Em linhas gerais, os locais de investigação da resistência do concreto na
estrutura podem ser definidos dependendo do objetivo do ensaio, conforme cita
Bungey (1996 apud NEPOMUCENO,1999):
a) Se o objetivo é estimar a resistência “in situ” para efeitos de
dimensionamento de um elemento ou estrutura, os ensaios devem ser
realizados nas zonas de altas tensões levando-se em conta a previsão da
distribuição da resistência nos elementos estruturais;
b) Se o objetivo é determinar o valor característico da resistência “in situ”
para verificação da conformidade do material, os ensaios devem ser
efetuados em concretos típicos e, por isso, as zonas superiores mais fracas
dos elementos devem ser evitadas. O ensaio a cerca de meia altura é
recomendável para vigas, pilares e paredes e os ensaios em zonas
superficiais das lajes devem ser realizados na sua base a menos que a
camada superior seja previamente removida.
2.2.5 Transformação de fckj (ou fcj) para fck28 (ou fc28).
Nas situações em que se obtém o fck da estrutura para idade diferente de
28 dias, e o fck desejado é nessa idade, será necessário fazer a devida conversão.
O crescimento da resistência do concreto é afetado pelas condições
climáticas e condições de carregamento; levar em conta todas essas variáveis para
predizer a resistência do concreto é um tanto quanto complexo e impraticável. Não
obstante, é possível estimar o crescimento da resistência do concreto através de
fórmulas quando se fixam alguns parâmetros.
36
2.2.5.1 Transformação conforme NBR 6118 (2003)
As condições climáticas a que o concreto fica submetido podem ser
variáveis, que é o que ocorre em obras, ou fixas (controladas), situação que ocorre
somente em laboratório. Conhecido o tipo de cimento, é possível estimar o
crescimento da resistência para uma cura úmida em uma temperatura entre 20 e
30ºC, conforme indica a NBR 6118 (2003, p.64):
fck28 = fckj / B1
B1 = exp (s ( 1 – (28/t)1/2 )) ,
Onde:
t é a idade do concreto e s vale:
s = 0,38 para cimento CPIII e CPIV
s = 0,25 para cimento CPI e CPII
s = 0,20 para cimento CPV-ARI.
Da aplicação das fórmulas anteriores, resulta a Tabela 5.
Tabela 5 - Relações fcj / fc28
IDADE EM DIAS
CIMENTO
3
7
14
28
60
90
120
240
360
10.000
CPIII e CPIV
0,46
0,68
0,85
1
1,13
1,18
1,21
1,28
1,31
1,43
CPI e CPII
0,59
0,78
0,9
1
1,08
1,12
1,14
1,18
1,20
1,27
CPV
0,66
0,82
0,92
1
1,07
1,09
1,11
1,14
1,16
1,21
Fonte: CARVALHO E FIGUEIREDO (2007).
2.2.5.2 Transformação pela lei de Abrams
Quando são conhecidos parâmetros de dosagem para os componentes
do concreto, a resistência do concreto pode ser estimada pela Lei de Abrams:
37
fcj = A / Ba/c
A determinação dos termos “A” e “B” requer vários cálculos e
conhecimento dos materiais utilizados, entretanto, a Lei de Abrams parece ser a
fórmula de melhor precisão na estimativa da resistência, pois é a que leva em conta
a maior quantidade de fatores.
O crescimento da resistência do concreto em condições climáticas não
controladas depende de muitos fatores, por isso é difícil fazer alguma estimativa. O
histórico de temperatura do concreto no decorrer do tempo, (principalmente nas
primeiras horas e nos primeiros dias) e a umidade influenciam a velocidade de
ganho de resistência, assim como o histórico de carregamento (efeito Rush). Quanto
mais precoce for o carregamento, maior será a redução da taxa de crescimento da
resistência.
2.2.6 Umidade dos CPs e testemunhos no ensaio de compressão
No controle de recebimento do concreto, os CPs devem ser rompidos
seguindo a normatização, ou seja, devem ser retirados da água ou da estufa
padronizada e serem imediatamente ensaiados. NBR 5739 (2007).
Quando os CPs são curados junto à estrutura, conforme item 8.3 da NBR
5738 (2008), os CPs ao chegarem ao laboratório devem permanecer em câmara
úmida normatizada até o momento do ensaio.
2.2.7 Considerações sobre o ganho de resistência do concreto
A consistência do concreto durante o ganho de resistência pode ser
caracterizada em quatro momentos:
a) Enrijecimento: período entre a mistura dos componentes e início de
pega. Nessa etapa o concreto vai perdendo trabalhabilidade.
38
b) Início de pega: o concreto não tem mais trabalhabilidade e inicia-se a
passagem para o estado sólido.
c) Fim de pega: concreto solidificado. A agulha de Vicat não o penetra.
d) Endurecimento: o concreto começa a ganhar resistência (formação da
etringita).
O pico de liberação de calor ocorre, na maioria dos cimentos, 4 a 8 hs
após a mistura, com a formação da etringita. (METHA E MONTEIRO, 2008).
2.2.7.1 Cura
Chama-se de cura os procedimentos que tem o objetivo de manter água
disponível para a hidratação do cimento. Ela deve ser iniciada após duas ou três
horas após o lançamento nas fôrmas, e deve durar sete dias ou mais. Quanto maior
for a relação a/c, por mais tempo deve ser curado o concreto. (METHA E
MONTEIRO, 2008).
2.2.7.2 Alta temperatura de cura
As
preocupações
com
a
alta
temperatura
ambiente
durante
a
concretagem de estruturas estão relacionadas, principalmente, com a fissuração por
retração que ocorre pela evaporação da água de amassamento na superfície do
concreto. A superfície perde água e retrai, enquanto o interior do concreto ainda está
úmido e não sofre retração. Essa retração diferencial entre o interior e a superfície
ocasiona as fissuras, que facilitam a entrada de agentes agressivos no concreto
reduzindo sua vida útil. A evaporação da água também prejudica o ganho de
resistência, principalmente nos primeiros dias.
39
Garantida a água no concreto, pode-se acelerar o ganho de resistência
inicial pelo aumento da temperatura, principalmente durante a pega. O inconveniente
disso é que a resistência final será menor.
Já a temperatura inicial mais baixa provoca um crescimento mais gradual
da resistência, fazendo com que o concreto adquira maior resistência final. Esse
fenômeno parece ser resultante da microestrutura da matriz do concreto mais
uniforme, conforme estudos de pesquisadores. (METHA E MONTEIRO, 2008, p.64).
Temperaturas muito elevadas nas idades iniciais podem não causar
ganho de resistência caso a umidade disponível não seja suficiente para a
hidratação do cimento. Se a temperatura se elevar ainda mais, chegará um
momento em que mesmo com condições ótimas de umidade, a resistência não
aumenta, podendo se estabilizar ou até diminuir. O concreto em cura térmica por
vapor de água à pressão atmosférica não deve exceder os 70ºC, na cura sem vapor
não deve passar dos 40ºC. (METHA E MONTEIRO, 2008).
Obteve-se acesso aos dados de um ensaio onde o concreto foi submetido
a várias temperaturas. A cura foi feita mantendo-se os corpos de prova imersos em
água com temperaturas controladas de 5ºC, 15ºC, 25ºC e 35ºC. Utilizou-se cimento
CPV-Ari Cauê Apiaí. Utilizaram-se três traços com relações água/cimento de 0,45 ,
0,60 e 0,75. As resistências médias à compressão obtidas são visualizadas na
Tabela 6.
Tabela 6 - Resistências à compressão aos 28 dias.
Temperatura (ºC)
Relação a/c
0,45
0,60
0,75
5
45,4
37,5
24,3
15
46,3
39,3
27,4
25
52,8
42,7
25,8
35
49,1
36,1
23,9
Fonte: IKEMATSU E LAGUNA (2010).
Na Tabela 6 é possível constatar que para as relações a/c de 0,45 e 0,60
a melhor temperatura de cura foi de 25ºC, e aos 35ºC houve um menor ganho de
resistência do que aos 25ºC.
40
2.3 Ensaios Não Destrutivos na avaliação da resistência
A estimativa da resistência do concreto de uma estrutura pode ser feita na
obtenção direta do valor da resistência através do ensaio de compressão de
testemunhos extraídos da estrutura. A resistência também pode ser estimada
através da medida de alguma propriedade do concreto, (por exemplo, a dureza
superficial), correlacionando-a com a resistência correspondente.
A extração e compressão de testemunhos é, sem dúvidas, o modo mais
preciso na obtenção da resistência do concreto. Há, no entanto, situações onde não
se pode realizar esse ensaio:
•
Em locais com grande concentração de armaduras;
•
Em elementos estruturais de dimensões insuficientes para realizar o ensaio;
•
Em concretos de baixa resistência ou fissurados – os testemunhos podem
sair com trincas.
A extração de testemunhos também tem aplicação limitada em peças pré-
moldadas, onde a cavidade deixada pelo ensaio pode inviabilizar a utilização da
mesma.
Dentre os métodos indiretos, destacam-se os Ensaios Não Destrutivos
(END), os quais medem alguma propriedade do concreto “in situ” provocando
pequeno ou nenhum dano a ele. Cada método possui suas peculiaridades, como a
aparelhagem necessária, o tempo de sua execução, o tratamento estatístico dos
dados, a precisão dos resultados, o dano causado ao elemento ensaiado, e os
custos envolvidos.
As dificuldades maiores dos ENDs estão na eliminação dos fatores que
causam variação ou distorção nas grandezas medidas e no traçado da melhor curva
de correlação da resistência com a propriedade medida. Cada ensaio tem
sensibilidade variável a certas condições, por exemplo, o Ensaio Esclerométrico é
significantemente afetado por uma superfície do concreto muito carbonatada,
enquanto que o Ensaio de Ultra-som é pouco influenciado por esse fator; já a
presença de microfissuras pode influenciar no Ensaio de Ultra-som e praticamente
não serem detectadas pelo esclerômetro. Por essas diferenças de sensibilidade é
que alguns autores recomendam que se aplique em um mesmo elemento dois ENDs
distintos, por exemplo, Ultra-som e Esclerometria, e que a resistência final estimada
41
seja obtida por uma função de duas variáveis. As duas variáveis são as duas
propriedades medidas pelos dois ENDs.
A seguir uma breve revisão sobre os principais Ensaios Não Destrutivos
voltados para avaliar a resistência à compressão do concreto.
2.3.1 Ultrasom
O ensaio de ultrasonografia consiste na medição do tempo de percurso
de um pulso ultra-sônico percorrer uma determinada distancia no interior do
concreto. Dividindo-se o comprimento de concreto ensaiado pelo tempo para
percorrê-lo (medido no próprio aparelho) acha-se a velocidade. As curvas são
traçadas plotando o crescimento da velocidade do ultra-som com a idade.
Para realizar o ensaio utiliza-se um aparelho (Figura 4) com dois
transdutores, colocados, preferencialmente um de frente para o outro (transmissão
direta), a freqüência do pulso é de 54KHz (no aparelho mais difundido). Sua
execução requer habilidade por parte do operador, pois é um ensaio bastante
sensível.
Figura 4 - Aparelho de ultra-som.
Fonte: MACHADO (2005).
42
2.3.2 Penetração de pinos
O Ensaio de Penetração de Pinos, também conhecido por “Windsor Probe
Test”, visa estimar a qualidade e a resistência à compressão do concreto pela
medida da profundidade de penetração de pinos disparados por uma pistola especial
(Figura 5) contra uma superfície de concreto. O princípio que rege o ensaio é que
quanto maior a profundidade de penetração do pino, menor é a qualidade e
resistência do concreto. Alguns autores consideram este ensaio como semidestrutivo, pois apesar de ele não produzir dano estrutural, produz dano superficial
no elemento ensaiado.
Figura 5 - Sonda Windsor
Fonte: JAMES (2010).
2.3.3 Pull-off
O Pull-off (ou Ensaio de tração direta) se baseia na estimativa da
resistência do concreto pela medida da força de arrancamento de um disco metálico
colado na superfície do elemento de concreto, conforme pode ser visto na Figura 6.
43
Figura 6 - Ensaio de tração direta.
Fonte: NEPOMUCENO (1999).
2.3.4 Pull-out
O Pullout (ou Ensaio de Arrancamento) permite estimar a resistência do
concreto através do arrancamento de um disco metálico no interior da peça a ser
ensaiada, correlacionando a força necessária ao arrancamento à resistência. O
disco pode ser instalado na peça antes da concretagem, procedimento este
chamado de “lok-test”, mas também pode ser inserido após a concretagem
utilizando o sistema “capo-test”. O Ensaio de Arrancamento propriamente dito se dá
da mesma maneira para os sistemas “lok-test” e “capo-test”, diferindo apenas no
procedimento de inserção do disco metálico. A sistemática do ensaio pode ser vista
na Figura 7.
Após a instalação do disco metálico, o ensaio resume-se à instalação e
utilização do equipamento de tração que irá arrancar esse disco juntamente com
uma pequena porção de concreto. Vai-se aplicando uma força gradativamente maior
no equipamento até a ruptura, fazendo-se a leitura do visor da força aplicada (Figura
8).
44
Figura 7- Estrutura do Ensaio de Arrancamento.
Fonte: NEPOMUCENO (1999).
Figura 8 - Execução do Ensaio Pull-out.
Fonte: NEPOMUCENO (1999).
Assim como os ensaios de penetração de pinos e de tração direta, o
Ensaio de Arrancamento produz apenas danos superficiais no concreto (Figura 9),
praticamente não reduzindo a capacidade resistente do elemento estrutural
ensaiado.
45
Figura 9 - Elemento ensaiado com Pull-out.
Fonte: NEPOMUCENO (1999).
2.3.5 Maturidade
A avaliação da resistência do concreto pelo Método da Maturidade se
baseia no fato de que a resistência do concreto será tanto maior quanto maior for o
produto “temperatura X tempo”. Para isso é necessário monitorar a temperatura
interna do concreto e utilizar funções matemáticas que fornecerão uma estimativa da
resistência.
2.3.6 Esclerometria
Esclerometria é o Ensaio Não Destrutivo para avaliação da dureza
superficial do concreto. Neste ensaio utiliza-se um aparelho denominado
esclerômetro de reflexão (ou Martelo de Schmidt) Com este aparelho obtém-se um
46
valor da dureza do concreto, chamado Índice Esclerométrico.. O uso do
esclerômetro de reflexão tem seu uso normatizado no Brasil pela NBR 7584 (1995).
Alguns modelos de esclerômetro encontrados comercialmente podem ser
vistos nas Figuras 10, 11 e 12.
Figura 10 - Aparelho com visor digital incorporado.
Fonte: PROCEQ (2010)
Figura 11 - Modelo digital mais sofisticado.
Fonte: PROCEQ (2010)
Figura 12 - Modelo com registro em papel do IE.
Fonte: GOOGLE (2010)
47
A utilização do Esclerômetro é simples: posiciona-se o esclerômetro
perpendicularmente à superfície a ser ensaiada, encostando-o e o pressionando-o.
Através de um mecanismo interno de mola, uma massa metálica de características
conhecidas é arremessada contra a haste metálica, e esta se impacta no concreto.
Ocorre um repique dessa massa tanto maior quanto mais duro (ou mais resistente)
for o concreto. Faz-se a leitura desse repique (Figura 13), que através de uma curva
de correlação conveniente, encontra-se a resistência estimada do concreto naquela
região.
Figura 13 - Mostrador analógico do IE de um esclerômetro.
As vantagens desse método é que ele não provoca danos estruturais, é
rápido de ser executado (caso as superfícies já tenham sido preparadas) e sua
operação é simples. Como principal desvantagem do ensaio é que ele avalia
somente a superfície do concreto, a qual deve ser representativa de concreto em
exame.
Como este TCC tem por base o Ensaio Esclerométrico, maiores detalhes
sobre o ensaio serão tratados em um sub-capítulo a parte.
48
2.4 O Ensaio Esclerométrico e a resistência do concreto
De maneira geral, os fatores que influenciam a resistência do concreto
são, conforme Metha e Monteiro (2008):
•
Propriedades dos componentes;
•
Proporções dos componentes e
•
Condições de cura e idade.
Entende-se por propriedades dos componentes o tipo de cimento,
granulometria dos agregados graúdo e miúdo, tipo de agregado graúdo e miúdo.
Proporções dos componentes seria o traço do concreto. Condições de cura é a
disponibilidade de água para o concreto, que pode levar em conta a umidade relativa
do ar.
A seguir se detalha os fatores que exercem maior influência na resistência
do concreto e no Índice Esclerométrico (IE).
a) Traço do concreto
Ao proporcionamento dos materiais constituintes do concreto dá-se o
nome de “traço”. Academicamente ele é sempre referido em massa, mas nas obras
correntes, na maioria das vezes, é expresso em volume. Ele é representado na
forma 1 : x : y : a/c, onde 1 corresponde à massa de cimento, x à massa de
agregado miúdo, y à de agregado graúdo e a/c é a relação água/cimento. Desses
quatro termos, o que define com maior intensidade a resistência que o concreto irá
adquirir, é a relação água/cimento.
b) Relação a/c
A relação a/c é, sem dúvida, o fator mais importante na variação do traço
do concreto, porque afeta a porosidade da matriz da argamassa e da zona de
transição entre a matriz e o agregado graúdo (METHA E MONTEIRO, 2008, p.52).
Um aumento na porosidade reduz a resistência do concreto e o IE.
c) Adensamento
O adensamento insuficiente pode provocar o não preenchimento
completo das fôrmas, formando vazios no concreto, o que reduz a capacidade
49
resistente do elemento estrutural. O Ensaio Esclerométrico visa avaliar a resistência
do concreto e não do elemento estrutural, no entanto caso o vazio deixado pelo
adensamento inadequado esteja próximo do local de ensaio, o IE pode ser reduzido,
prejudicando o resultado.
A exsudação pode ocorrer de maneira mais intensa em elementos de
maior altura, onde a parte mais alta tem um aumento na relação a/c, enquanto a
parte mais baixa do elemento tem uma redução. Esse fenômeno pode se pronunciar
com um adensamento exagerado, por um traço inadequado ou ainda por
características inadequadas dos materiais empregados. A variação da relação a/c
implica na variação da resistência, o que acarreta variação no IE.
A segregação do agregado graúdo pode ocasionar variação no IE e na
resistência. Para uma mesma argamassa/pasta, o aumento do consumo de
agregado graúdo por m³ tende a aumentar o IE, entretanto, sua influência na
resistência é mais complexa de predizer devido a outros fatores intervenientes.
d) Ar incorporado
O ar pode estar incorporado no concreto de maneira localizada e
involuntária, pelo adensamento inadequado, como visto no item anterior, ou de
maneira intencional e com uma distribuição relativamente uniforme, com o uso de
aditivos incorporadores de ar. A incorporação de ar aumenta a porosidade da matriz
cimentícia, reduzindo, portanto, a resistência. Essa redução é mais sentida em
concretos com baixa relação a/c. Nas teses de doutorado e mestrado consultadas
não foram encontradas informações a respeito da influência do ar incorporado no IE.
e) Tipo de fôrma
A permeabilidade da fôrma pode reduzir a relação a/c na superfície
aumentando o IE. Meireles e Geyer (2003), utilizando fôrmas drenantes com o uso
de têxteis encontrou um aumento de 100% na resistência superficial – ao que
parece, Meireles utilizou a curva de correlação do esclerômetro na determinação da
resistência superficial. Dessa forma percebe-se que o IE na superfície pode variar
dependendo do material da fôrma, alterando a determinação da resistência do
concreto.
Outro item importante das fôrmas é sua umidade, supõe-se que ela pode
colaborar no processo de cura da camada mais externa do concreto, no entanto, não
50
foi encontrado na literatura consultada, sua influência no IE. O tempo de
descimbramento também pode influenciar nas características da superfície do
concreto.
f) Cura e histórico de temperatura
A cura bem realizada otimiza o crescimento da resistência, assim o IE
também aumenta. A temperatura mais elevada no concreto jovem acelera as
reações químicas fazendo o concreto ganhar resistência mais rapidamente,
aumentando o IE. Deve-se atentar ao fato de que o aumento da resistência do
concreto nem sempre se dá na mesma proporção do aumento do IE, e vice-versa.
g) Carbonatação
A norma brasileira do Ensaio Esclerométrico NBR 7584 (1995) considera
que as curvas de correlação são válidas para concretos de idade entre 14 e 60 dias,
pela consideração da idade e da carbonatação As normas NM 78 (1996) e BS
1881:Part 202 (1986) consideram que até 90 dias de idade não é necessário levar
em conta a carbonatação do concreto no Ensaio Esclerométrico. Quanto maior é a
espessura carbonatada, maior será sua influência no IE.
h) Umidade do concreto
Um elemento estrutural úmido tem sua resistência e o IE reduzidos. Se
essa umidade for apenas superficial, a resistência praticamente não sofre efeito,
enquanto que o IE continua reduzido. A norma brasileira do Ensaio Esclerométrico
recomenda que a superfície esteja seca para padronizar o ensaio.
i) Rigidez da peça ensaiada
A vibração da peça ensaiada no impacto do esclerômetro reduz o IE e
diminui a precisão da correlação do IE com a resistência. Essa vibração pode ser
ocasionada pela baixa inércia da peça ou por sua fixação inadequada ou inexistente.
f) Agregados graúdos
O impacto diretamente no agregado graúdo acarreta elevado IE, já que
para concretos de resistência baixa e normal o agregado graúdo tem maior
resistência (e rigidez) que o próprio concreto.
51
Variações do agregado graúdo na sua resistência, dimensão máxima,
forma, textura superficial, granulometria e mineralogia podem afetar a resistência do
concreto. Geralmente as alterações nas características dos agregados graúdos
ocasionam alteração na relação a/c, e a variação da resistência e do IE ficam
condicionados a essas duas alterações. (METHA E MONTEIRO, 2008).A densidade
do agregado graúdo pode inferir de maneira significante no IE, e deve ser
considerada na obtenção de curvas de correlação entre resistência e IE.
g) Temperatura do concreto
O concreto quando em temperatura igual ou inferior a 0ºC pode inferiir em
um IE mais elevado pela solidificação da água presente no concreto.
h) Presença de armaduras
O IE pode ser influenciado pela presença de barras de aço no interior do
concreto nas proximidades do impacto do esclerômetro. Quanto menor a resistência
do concreto, menor a espessura de cobrimento e maior o diâmetro da barra, maior
será o aumento no IE.
2.4.1 Recomendações para o Ensaio Esclerométrico
Para se obter bons resultados no Ensaio Esclerométrico se faz necessário
seguir algumas recomendações como se segue.
a) fôrmas
A norma brasileira do Ensaio Esclerométrico NBR 7584 (1995) em seu
item 4.1.2 recomenda que se utilize nos moldes dos CPs o mesmo tipo de material
utilizado na estrutura a ser ensaiada:
MALHOTRA (1991 apud NEPOMUCENO,1999, p. 80), afirma que o IE de
concretos moldados em fôrmas metálicas é entre 5% e 35% maior do que em
moldes de madeira. Já em MACHADO (2005), cita-se que as fôrmas de madeira
compensada absorvem a umidade do concreto, provocando maiores IE. Essa
52
divergência de opiniões é alvo de estudo neste TCC e foi verificada
experimentalmente no item 3.3.
b) tamanho e geometria dos CPs
A norma brasileira recomenda que as peças a serem ensaiadas devam
ter no mínimo 10cm na direção do impacto, e caso isso não seja possível, um apoio
deve ser colocado na superfície oposta ao impacto para dar maior rigidez à peça e
evitar a dissipação da energia por vibração.
A norma também dá preferência por superfícies planas do concreto, o que
denota o uso de fôrmas também planas. Nas teses e artigos consultados, observouse a preferência pela execução do Ensaio Esclerométrico nos corpos de prova
cilíndricos, os quais eram posteriormente ensaiados à compressão. Desta maneira,
obtém-se uma relação direta entre resistência e IE. De modo a obter uma visão
global dos tamanhos e geometrias dos CPs utilizados nas publicações nacionais
acerca do Ensaio Esclerométrico, cita-se o que segue:
- Artigo do 50º IBRACON, “Estudo comparativo entre os ensaios de
esclerometria e ultra-som no concreto”, de autoria de Darciley Araújo: utilizou CPs
ø10x20 em pé, no chão, e aplicou os impactos no topo;
- Artigo do 50º IBRACON, “Avaliação de desempenho do ensaio de
esclerometria na determinação da resistência do concreto endurecido”, de autoria de
Célcio José Escobar: usou CPs cúbicos de 20, 30 e 40cm de aresta, simplesmente
soltos no chão.
- Artigo do 49º IBRACON, “Utilização de Ensaios Não destrutivos para
liberação de protensão em peças de concreto pré-fabricado”, de autoria de Thiago
Spilere Pieri: usou CPs ø10x20 na prensa. A carga na prensa não foi divulgada.
- Artigo do 49º IBRACON, “Ensaios Não destrutivos para avaliação da
qualidade do concreto nas primeiras idades”, autoria de Sandro Eduardo da Silveira
Mendes: usou CPs ø15x30cm na prensa, carga não divulgada.
- Artigo do 45º IBRACON, “Aplicação de técnicas não-destrutivas para
avaliação da resistência à compressão do concreto”, autor Roberto Caldas de
Andrade Pinto: foram utilizados CPs prismáticos 15x20x60cm e lajes de grandes
dimensões, provavelmente ambos ficaram simplesmente apoiados no chão.
- Artigo “Observação de estruturas de betão de elevados desempenhos
através de ensaios in situ não-destrutivos”, autoria de E.N.B.S. Júlio, da
53
Universidade de Coimbra, Portugal: usou CPs prismáticos 15x15x60cm e CPs
cúbicos de aresta 15cm.
- MACHADO (2005): foram usados CPs ø15x30 na prensa a 15% da
carga estimada de ruptura.
- EVANGELISTA (2002): usou CPs ø15x30 na prensa, carga não
divulgada.
- CÂMARA (2006): foram usados CPs ø10x20 na prensa a 1MPa.
- NEPOMUCENO (1999): usou laje de grandes dimensões apoiada no
chão.
A execução do Ensaio Esclerométrico em CPs de dimensões tais que
possibilitem sua colocação na prensa, é vantajosa no sentido de que fixa o CP
causando-lhe certa restrição á vibração, e reproduz as tensões a que o concreto em
obra está submetido, além de proporcionar uma posição ergonômica ao operador do
esclerômetro.
c) Tipo de esclerômetro
O tipo de esclerômetro indicado para casos normais, de edifícios e
postes, conforme a norma brasileira do Ensaio Esclerométrico, é o de energia de
percussão de 2,25 N.m, que comercialmente equivaleria ao esclerômetro tipo N
(Figura 14).
Figura 14 - Esclerômetro de Schmidt tipo N.
d) Superfície de ensaio
As superfícies de ensaios devem ser secas ao ar, limpas e
preferencialmente planas. O tipo de fôrma indicada é a não-absorvente. Devem-se
54
evitar superfícies horizontais, úmidas, carbonatadas, irregulares, ásperas, curvas ou
talhadas. A norma recomenda que a superfície seja polida com prisma ou disco de
carborundum. Também se deve evitar o impacto diretamente nos agregados, dando
preferência ao impacto na matriz de concreto. Não é permitido o impacto em um
ponto já ensaiado, caso isso ocorra, o segundo valor deve ser descartado. NBR7584
(1995).
e) Área de ensaio
As áreas de ensaio devem estar afastadas das regiões afetadas por
segregação,
exsudação,
concentração
excessiva
de
armadura,
juntas
de
concretagem, cantos, arestas, etc. Dessa maneira, é conveniente evitar bases e
topos de pilares, regiões inferiores de vigas, quando no meio do vão, e regiões
próximas dos apoios. NBR7584 (1995).
Os impactos do esclerômetro devem distar de, no mínimo, 3cm um do
outro e 5cm de arestas e cantos. Deve-se delimitar a área de ensaio entre 80cm² e
400cm², para executar de 9 a 16 impactos (Figura 15 e Figura 16). A essa área
corresponderá um único valor de IE, que por sua vez, corresponderá a um único
valor de fcj.
Figura 15 - Área de ensaio de 9cm X 9cm, para 9 impactos,
sugerida pela NBR 7584 (1995).
Fonte: NBR 7584 (1995)
55
Figura 16 - Área de ensaio de 20cm X 20cm, para 16 impactos,
sugerida pela NBR 7584 (1995).
Fonte: NBR 7584 (1995)
f) Posição do esclerômetro
O aparelho deve ser aplicado preferencialmente na posição horizontal, ou
seja, em superfícies verticais. Sendo necessário aplicar em outras posições, o IE
deve ser corrigido com os coeficientes fornecidos pelo fabricante do esclerômetro.
Esses coeficientes levam em consideração a ação da gravidade e são específicos
para cada tipo de esclerômetro. NBR7584 (1995).
g) Tratamento dos resultados
Para a determinação do IE para uma área, deve-se proceder o cálculo da
média aritmética dos IE individuais dessa área, achando IEm. Deve-se desprezar os
IE que estejam afastados (para mais ou para menos) em mais de 10% da média do
IEm e calcular novo IEm. O IE final deve ser obtido com, no mínimo, 5 valores
válidos. Caso isso não seja possível, o ensaio nessa área deve ser descartado.
2.4.2 Curva de correlação
As curvas de correlação correlacionam graficamente o IE (Índice
Esclerométrico) com a respectiva resistência. Um exemplo de curva de correlação
pode ser visto na Figura 17.
56
Figura 17 - Exemplo de curva de correlação para o Ensaio Esclerométrico.
Fonte: MACHADO (2005).
A curva de correlação é obtida com concretos de traço conhecido,
mantido em condições ambientais conhecidas. Aplica-se o Ensaio Esclerométrico no
concreto desconhecido, obtendo o IE, que na curva de correlação irá indicar a
resistência à compressão estimada do mesmo.
A curva de correlação deve considerar os fatores desconhecidos do
concreto a ser ensaiado, que podem influenciar na resistência e no IE, (uma lista
com vários fatores foi vista no item 2.4). Por exemplo, ao ensaiar vários pilares de
uma obra de concreto usinado, concretados com betonadas diferentes, em dias
diferentes, pode-se ter como principais fatores desconhecidos:
- Idade;
- Histórico de temperatura;
- Cura;
- Variação do traço e das propriedades dos materiais.
Os fatores que a norma NM 78 leva em conta são somente a idade e
variação da relação a/c, ou seja, sua aplicação não é voltada para os concretos de
obras.
Para a plotagem da curva de correlação é necessário dispor de curvas do
crescimento da resistência do concreto e do crescimento do IE com a idade. As
normas internacionais dão diferentes instruções para o traçado delas. Como não foi
57
possível obter acesso a elas, cita-se a seguir o que foi encontrado traduzido em
teses de mestrado e doutorado.
•
RILEM NDT 3: indica que deve ser variado o nível de resistência dos CPs.
•
NBR 7584 (1995): A norma brasileira não detalha como devem ser obtidas as
curvas de correlação.
•
BS 1881 Part 202 (1986): ou variar a idade ou variar as proporções dos
componentes.
•
NM 78: variar a relação a/c de 0,4 a 0,7, em intervalos de 0,05 e variar a
idade (Figura 18). As teses nacionais consultadas utilizam essa norma como
referência para os ensaios.
•
ACI 228.1R (2003): variar a idade. (MACHADO,2005; EVANGELISTA,2002).
Conforme a norma BS1881:Part 202 (1986 apud MACHADO,2005) a
idade na curva de correlação pode ser desprezada em concretos com idade entre 3
e 90 dias. A mesma norma recomenda a utilização de curvas para cada tipo de cura,
ou seja, o concreto de resistência desconhecida deve ter sido mantido nas mesmas
condições de temperatura e cura que o concreto utilizado na curva de correlação.
Figura 18 - Variação da resistência na idade para 5 tipos de traços.
Fonte: MACHADO (2005).
58
3 METODOLOGIA DA PESQUISA
A pesquisa deste trabalho foi dividida em três etapas, de modo a
contemplar alguns aspectos do Ensaio Esclerométrico que ainda não foram
devidamente esclarecidos na literatura técnica nacional.
- PRIMEIRA ETAPA - Influência da fôrma no IE: Foi avaliado se o material da fôrma
de moldagem do concreto provoca influência na dureza superficial aferida pelo
esclerômetro, e se essa influência existir, quantificá-la. Foram utilizados quatro tipos
de materiais para os moldes.
- SEGUNDA ETAPA - Proposta de uma nova metodologia para o Ensaio
Esclerométrico: Nesta etapa propõe-se uma metodologia para obtenção da curva de
correlação entre resistência à compressão e IE para concreto de obras.
- TERCEIRA ETAPA - Influência da armadura no IE: Avaliou-se a influência da
armadura no interior do concreto no IE, em laboratório e em obra.
3.1 Procedimentos genéricos dos ensaios
Os procedimentos genéricos dos ensaios são aqueles que foram
realizados em todas as etapas deste trabalho, tais como a coleta de concreto em
obra, os ensaios de compressão dos CPs cilíndricos ø10x20 e os ensaios de
Esclerometria nos CPs prismáticos. Os mesmos se encontram descritos em detalhes
nesta seção.
Para realizar o ensaio de compressão foi seguida a NBR 5738 (2008).
Utilizaram-se moldes metálicos cilíndricos de base circular de diâmetro 10cm e de
altura 20cm (ø10x20cm). Antes do lançamento do concreto nos moldes, os mesmos
foram limpos e untados com óleo mineral na base e nas laterais com o auxilio de um
pincel (Figura 20). O concreto saía do caminhão betoneira e era colhido com uma
pá, sendo lançado em um carrinho de mão (Figura 19), o qual era levado ao local de
moldagem dos CPs. Com uma concha metálica o concreto era retirado do carrinho
de mão e distribuído de maneira uniforme no interior do molde. Cada molde foi
preenchido em três camadas, cada qual, adensada manualmente com 12 golpes
59
com a haste cilíndrica padronizada, – que tem superfície lisa de 60cm de
comprimento e diâmetro de 16mm com ponta semi-esférica de diâmetro igual ao da
haste. Os tipos de adensamento permitidos por norma é o mecânico (por vibração) e
o manual. Como o slump do concreto em todas as coletas foi 10cm, a norma
permitia a utilização de qualquer um dois tipos de adensamento.
Figura 19 - Coleta de concreto em obra com carrinho de mão.
Figura 20 - Molde cilíndrico sendo untado com óleo mineral.
Os corpos de prova foram acondicionados em locais, na medida do
possível, fora do perímetro de serviço dos funcionários das obras. Praticamente
60
todos os corpos de prova cilíndricos foram transportados em seus moldes originais
para o laboratório de ensaios IPAT (Figura 21), caso isso não acontecesse, os
mesmos eram acondicionados de maneira que não sofressem avarias mecânicas.
Os corpos de prova sempre foram retirados do canteiro de obras após 24hs da
moldagem.
Figura 21 - Transporte dos CPs em seus moldes para evitar impactos.
Para os Ensaios de Esclerometria, optou-se por utilizar CPs prismáticos
15x15x30cm, pelos seguintes motivos:
a) Possui faces planas, que é uma recomendação da norma brasileira do
Ensaio Esclerométrico. Como são de faces planas, sua fabricação fica facilitada,
podendo-se usar a madeira como molde.
b) Maior inércia: os CPs utilizados são mais pesados que os cilíndricos
padronizados ø15x30cm em 27% e mais pesados que os ø10x20cm em 330%, o
que reduz a vibração do impacto do esclerômetro.
c) Têm aproximadamente 16kgf, o que ainda permite seu manuseio por
apenas uma pessoa;
d) Suas dimensões permitiram que fossem fixados na prensa do
laboratório da UNESC.
O adensamento dos CPs prismáticos foi adaptado dos corpos de prova
cilíndricos ø15x30cm, ou seja, foram adensados em três camadas, cada qual com
25 golpes com a haste padronizada.
O ensaio de compressão seguiu a NBR 5739 (2007), sendo realizado em
uma prensa do IPAT/UNESC (Figura 24). O topo dos CPs, quando possível, foram
61
lixados manualmente, utilizando uma lixa de óxido de alumínio (Figura 22), obtendo
uma melhoria na regularização (Figura 23). Foram usados discos de neoprene no
topo e na base dos CPs para distribuir de maneira mais uniforme as tensões dos
pratos da prensa.
Figura 22 - Lixa usada para regularização dos topos dos CPs cilíndricos.
Figura 23 - Aspecto do topo de um CP após regularização com lixamento
manual.
62
Figura 24 - CP ø10x20 sendo ensaiado à compressão.
Os CPs prismáticos 15x15x30 antes do Ensaio Esclerométrico foram
polidos com politriz. O resultado do polimento pode ser visto na Figura 25 e Figura
26.
Figura 25 - Estado antes do polimento
63
Figura 26 - Após polimento. Os círculos em preto e vermelho servem de referência
para comparação.
Os prismáticos tiveram seus topos cortados em serra de corte diamantada
(Figura 27) para permitir melhor acoplamento com os pratos da prensa durante o
Ensaio Esclerométrico (Figura 29).
Figura 27 - Corte em serra diamantada de CP prismático.
Após o corte do topo do CP prismático, os agregados graúdos ficaram à
mostra, vide Figura 28.
64
Figura 28 - topo do CP prismático após retifica em serra.
Figura 29 - Acoplamento do prato da prensa com o CP retificado: melhor fixação
do CP.
3.2 Execução dos ensaios
Como o adensamento dos CPs prismáticos foi controlado e não se
observou evidência clara de exsudação, utilizou-se toda a face lateral do CP para o
Ensaio Esclerométrico, apesar de ela ter uma área de 450cm², 50cm² a mais que o
recomendado pela norma. Estudou-se a melhor distribuição dos pontos a sofrerem o
impacto do esclerômetro, de modo que houvesse alguma folga entre eles para que,
durante o ensaio, houvesse a possibilidade de desviar das pequenas cavidades
65
existentes nas faces dos CPs. A primeira distribuição de pontos sugerida é vista na
Figura 30.
Figura 30 - 11 pontos para ensaio.
Outra disposição dos pontos foi arranjada, conseguindo 12 pontos para os
impactos, conforme a Figura 31.
Decidiu-se adotar uma distancia de 6cm da base e do topo para reduzir
possível influência da prensa na rigidez do concreto. Usou-se o espaçamento entre
as duas linhas de pontos de 5cm, 2cm a mais que o recomendado pela norma, para
servir como folga de desvio dos pequenos defeitos das faces. A Figura 32
representa a distribuição de pontos finalmente adotada, e sua aplicação é vista na
Figura 33.
Figura 31 - 12 pontos para o ensaio.
66
Figura 32 - 14 pontos de ensaio.
Em cada idade de ensaio em uma face dos CPs prismáticos foi realizado
o Ensaio Esclerométrico. Os CPs foram colocados na prensa com uma carga
aproximada de 110KN (Figura 34), o que corresponde a uma tensão aproximada de
5MPa. A NM78 recomenda que a prensa fique a 15% da tensão de ruptura estimada
do concreto, esta foi aferida e obteve-se aos 14 dias 28MPa, que para 15%
corresponde a 4,2MPa, muito próximo da tensão adotada de 5MPa.
Figura 33 - CP na prensa com as 14 marcações.
67
Figura 34 - Ensaio Esclerométrico sendo executado.
3.3 Primeira Etapa - Influência da fôrma no IE
Nesta etapa foi avaliada a influência do material das fôrmas no IE, ou
seja, se o IE pode sofrer variação dependendo do material usado na sua moldagem.
Foram feitos ensaios em três idades, 14, 21 e 28 dias. Formaram-se dois grupos de
fôrmas, cada qual composto de 4 moldes (madeira compensada, madeira saturada,
madeira seca e fôrma impermeável), um de cada tipo (Figura 35). Cada grupo de
fôrma ficou submetido a uma temperatura diferente nos primeiros sete dias de idade,
após isso, ficaram sob a mesma temperatura. O objetivo de se utilizar duas
temperaturas de cura é avaliar se o material do molde provoca alterações no IE nas
mesmas proporções para diferentes temperaturas.
68
Figura 35 - Material para coleta do concreto e moldagem dos CPs na primeira
etapa.
Todos os CPs tiveram seus topos protegidos por sacos plásticos nas
primeiras 24hs no canteiro de obras (Figura 36); após isso, os corpos de prova
cilíndricos foram desmoldados, mas os prismáticos mantiveram-se em suas fôrmas.
A temperatura ambiente máxima nas primeiras 24hs foi em torno de 24ºC, com
umidade relativa do ar de 70%.
Figura 36 - Material em canteiro de obras após a coleta de concreto.
69
Quatro CPs (e seus moldes), após 24hs da sua moldagem, foram
colocados em uma estufa improvisada, onde a temperatura do concreto dentro do
molde na região mais próxima das lâmpadas (Figura 37) era aproximadamente
30ºC, e a cada 12hs os moldes foram virados 90º para aquecer as outras faces. O
objetivo foi simular condições de altas temperaturas típicas do verão.
Figura 37 - Parte superior da estufa aquecida com lâmpadas incandescentes.
Os outros quatro CPs foram sempre mantidos à temperatura ambiente
juntamente com seis CPs ø10x20 (Figura 38), os quais foram ensaiados à
compressão nas três idades de ensaio.
Figura 38 - Quatro CPs de cura seca mantido em temperatura ambiente média de
21ºC.
70
Todos CPs prismáticos ficaram em seus moldes por 4 dias (96hs). Após a
desmoldagem, aqueles que estavam na estufa voltaram para ela e ficaram lá por
mais 3 dias, para completar os 7 dias. Do oitavo dia em diante os oito CPs
prismáticos e seis cilíndricos ficaram armazenados no mesmo local, à temperatura
ambiente, enquanto outros seis CPs cilíndricos ficavam em cura submersa em água.
No Quadro 2 é mostrada a ordem cronológica dos procedimentos de
ensaio da Primeira Etapa deste TCC.
DIA
Procedimentos realizados
Coleta de concreto.e moldagem dos CPs cilíndricos e prismáticos.
1
Retirados da obra todos os CP. Os cilíndricos foram desmoldados e
mantidos em local coberto juntamente com outros quatro prismáticos (D4S),
e quatro prismáticos foram colocados na estufa (D4E).
2
Seis CPs cilíndricos foram colocados imersos em água (D4U)
3
Desformados todos os prismáticos. Aqueles que estavam na estufa
continuaram nela.
7
Retirados da estufa os quatro prismáticos. Agora os oito prismáticos e 6
cilíndricos permanecem nas mesmas condições climáticas.
12
Colocados na água 2 CPs cilíndricos (D4S)
14
Rompidos dois CPs cilíndricos D4S e dois D4U. Realizado o Ensaio
Esclerométrico nos oito prismáticos.
19
Colocados na água 2 CPs cilíndricos (D4S)
21
Rompidos dois CPs cilíndricos D4S e dois D4U. Realizado o Ensaio
Esclerométrico nos oito prismáticos.
26
Colocados na água 2 CPs cilíndricos (D4S)
28
Rompidos dois CPs cilíndricos D4S e dois D4U. Realizado o Ensaio
Esclerométrico nos oito prismáticos.
Quadro 2 - Cronologia dos procedimentos realizados.
71
3.3.1 Identificação dos CPs prismáticos
Para identificar os CPs foi criada uma nomenclatura própria. Todos os
CPs foram identificados com nomes iniciados sempre com o prefixo D4, que significa
a quarta coleta de concreto em obra deste TCC. Os prefixos são seguidos com a
letra que representa o tipo de cura nos primeiros 7 dias, S ou E:
•
D4S: cura seca à temperatura ambiente.
•
D4E: cura em estufa nos primeiros sete dias.
Na verdade, as duas curas são secas, pois não houve fornecimento de
água em nenhum momento para o concreto.
Os sufixos representam o tipo de material da fôrma:
•
MS: madeira seca
•
UM: madeira úmida
•
IM: fôrma impermeabilizada
•
CO: madeira compensada
Unindo os prefixos com os sufixos, tem-se a identificação completa dos 8
CPs prismáticos usados nesta etapa do Programa Experimental:
•
D4S-MS: cura seca, molde de madeira seca.
•
D4S-UM: cura seca, molde de madeira úmida (ou saturada).
•
D4S-IM: cura seca e molde impermeável
•
D4S-CO: cura seca, madeira compensada.
Para o prefixo D4E, segue o mesmo princípio.
3.3.2 Tipos de fôrmas utilizadas
Foram usados 4 tipos de fôrmas, para cada tipo foram confeccionados 2
moldes, cada exemplar de cada molde ficou em uma condição diferente de
temperatura. As fôrmas tinham dimensões internas de 15x15x30cm.
72
•
Madeira pinus saturada: dois moldes de madeira pinus foram submersos em
água por 14 dias, vide Figura 39 e Figura 40.
Figura 39 - Um molde de madeira pinus sendo saturado.
Figura 40 - Moldes de madeira saturada usados no ensaio.
•
Madeira pinus seca: foram usados dois moldes de madeira pinus seca (Figura
41), sofrendo molhagem minutos antes de sua concretagem, conforme se faz
em obra.
73
Figura 41 - Moldes de madeira pinus seca.
•
Compensado: dois moldes de madeira compensada, ou “madeirit” secos
(Figura 42). Na Figura 43 pode ser visto em detalhe a composição do
material.
Figura 42 - Dois moldes de madeira compensada secos.
74
Figura 43 - Detalhe do material da madeira compensada.
•
Impermeável: dois moldes de madeira impermeabilizados com lona plástica,
para evitar perda ou ganho de água do concreto enquanto no molde. Simula
muito bem a estanqueidade da fôrma metálica. (Figura 44 e Figura 45)
Figura 44 - Moldes impermeáveis.
75
Figura 45 - Interior do molde: estanqueidade conseguida através de lonas plásticas.
Na Figura 46, Figura 47, Figura 48 e Figura 49 são visualizados os CPs
prismáticos de cura seca e seus respectivos moldes.
Figura 46 - CP D4S-MS e seu molde.
76
Figura 47 - D4S-CO e seu molde, superfície de excelente qualidade.
Figura 48 - D4S-MS e seu molde, ambos ainda úmidos, mesmo após 4 dias da sua
concretagem.
77
Figura 49 - D4S-IM desmoldado, superfície muito lisa.
Na Figura 50 pode-se ver o CP moldado com madeira saturada. Mesmo
após quatro dias em estufa o concreto se apresentava úmido ao toque da mão, e
com a superfície pulverulenta, que é um indicativo de concreto de baixa resistência.
Figura 50 - D4E-MU: mesmo em estufa, a madeira não foi totalmente seca.
Na Figura 51 observa-se a parte interna e externa de uma face de
madeira do CP D4E-MU, onde nota-se que a mesma externamente já estava seca,
mas internamente ainda úmida.
78
a)
b)
Figura 51 - Aspecto da madeira saturada em estufa, na face interior (a) e exterior (b).
Ainda com sinais de umidade na face interior.
Nas Figuras 52, 53 e 54 os outros três prismáticos de cura em estufa.
Figura 52 - Molde e CP D4E-MS.
79
Figura 53 - Molde e CP D4E-CO.
Figura 54 - CP D4E-IM e seu molde
Na Figura 55 são mostrados os quatro CP curados por sete dias em
estufa.
80
Figura 55 - Aspecto visual dos quatros CPs D4E.
A seguir, na Figura 56, os quatro CP curados à temperatura ambiente.
Figura 56 - Aspecto visual dos quatros CPs D4S.
3.3.3 Caracterização do concreto
Utilizou-se concreto usinado bombeável, coletado em canteiro de obras,
de fck=25MPa, e de slump 10cm. O mesmo foi coletado na boca do caminhão
81
betoneira, acondicionado em carrinho de mão até o momento de moldagem dos
corpos de prova cilíndricos e prismáticos. O cimento usado, provavelmente foi o
CPII, que é o mais usado na região de Criciúma. A densidade do concreto seco ao
ar livre foi estimada em 2.311,8 kg/m³.
Paralelamente ao Ensaio Esclerométrico nos CPs prismáticos, seis CPs
cilíndricos curados secos à temperatura ambiente foram ensaiados à compressão,
para representar a resistência dos CPs prismáticos D4S. Os mesmo foram imersos
em água 48hs antes do ensaio para que fossem rompidos saturados. Outros seis
CPs cilíndricos em cura padronizada, para caracterizar a curva de crescimento do
concreto, foram ensaiados à compressão (D4U). Em cada idade, 14, 21 e 28 dias,
foram ensaiados dois CPs ø10x20 de cura seca (D4S) e dois de cura normatizada
(D4U).
3.3.4 Caracterização do agregado graúdo
Considerou-se importante a caracterização minuciosa do agregado
graúdo,
pois
a
literatura
consultada
indicou
que
ele
pode
influenciar
significativamente no IE.
Para a caracterização do agregado graúdo do concreto usado nesta etapa
foi necessário fazer um peneiramento do concreto ainda fresco. Moldou-se um CP
cilíndrico ø10x20 da maneira recomendada, em seguida esse concreto foi despejado
sobre uma peneira comum, de malha retangular 5,5 x 6mm (Figura 57), jogando-se
água em seguida para limpar o agregado graúdo
82
Figura 57 - Peneiramento com peneira comum para isolar o agregado graúdo do
concreto.
Esperava-se que com a peneira selecionada todo o agregado graúdo
fosse retido, mas uma parcela muito pequena acabou passando. Na peneira
também ficaram retidos alguns poucos exemplares do agregado miúdo (Figura 58).
Figura 58 - Agregado miúdo de grandes dimensões retido na peneira.
Na Figura 59 pode-se ter uma idéia da quantidade de agregado graúdo
presente em um único molde ø10x20, e na Figura 60 visualiza-se em detalhe a
textura e cor do agregado que provavelmente tem origem de uma rocha basáltica.
83
Figura 59 - Volume de agregado graúdo contido em um molde cilíndrico
ø10x20cm
Figura 60 - Pedra britada de basalto.
Caracterizado o agregado graúdo quanto ao tipo de rocha, passou-se
para a etapa seguinte, que foi avaliar a sua densidade. Para esse objetivo utilizou-se
o processo da balança hidrostática, o qual tem por base a equação abaixo, retirada
da NBR NM 53 (2003):
D = ms / (mu - mus) , onde
D é a densidade,
ms é a massa seca em estufa do agregado,
mu é a massa úmida do agregado superfície seca e
84
mus é a massa submersa do agregado úmido.
Após vários dias imerso em água, o agregado graúdo foi pesado em uma
balança (Figura 61), antes, porém, sua superfície foi seca. A massa obtida foi de
1488,7g (mu). Em seguida foi pesado submerso em água resultando em 980,9g
(mus). O agregado ficou secando em estufa por vários dias (Figura 62) e foi obtida
uma massa de 1486,8g (ms). Aplicando os valores obtidos na fórmula chegou-se à
massa específica do agregado seco de 2.928kg/m³.
Figura 61 - Pesagem do agregado graúdo saturado superfície seca.
Figura 62 - Colocação da brita para secagem em estufa.
85
A mesma porção de agregado graúdo foi peneirada no conjunto de
peneiras disponíveis no IPAT/UNESC, obtendo-se as quantidades mostradas na
Tabela 7. Com os dados dessa tabela foi possível traçar a curva granulométrica do
agregado graúdo, vide Gráfico 1.
Tabela 7 - Quantidades de agregado graúdo encontradas no peneiramento.
Peneiras (mm)
19
12
9,5
6,3
4,8
Massa
13,9g
670,4g
349,9g
406,4g
50,4g
CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO GRAÚDO
ABERTURA DA PENEIRA
4,8
6,3
9,5
12
19
0%
10%
% RETIDA ACUMULADA
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Gráfico 1 - Curva granulométrica do agregado graúdo.
O volume de pedra britada no concreto é de 32%, sua massa
corresponde a 41% da massa do concreto e o consumo é de 946,5kg por m³ de
concreto. A dimensão máxima nominal é 25mm (a menor peneira que não houve
retenção de agregado) e a dimensão máxima característica é 19mm (peneira com %
retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5%, visto no Gráfico 1). Usou-se
para o ensaio 1491g, enquanto que a NBR NM 53 (2003), para a dimensão máxima
característica de 19mm, exige 3kg, o que corresponderia praticamente a 2 CPs
ø10x15cm.
86
3.4 Segunda Etapa - Proposta de uma nova metodologia para o Ensaio
Esclerométrico
As normas que fazem recomendações na obtenção das curvas de
correlação, geralmente, indicam que as mesmas podem ser utilizadas na estimativa
da resistência de concretos submetidos nas mesmas condições de temperatura e
cura do concreto utilizado no seu traçado, ou seja, o concreto das obras estaria fora
das recomendações de aplicação da curva de correlação. Vislumbrou-se então a
criação de uma metodologia de aplicação do Ensaio Esclerométrico para estimar a
resistência de concretos curados em condições climáticas não controladas.
A proposta sugerida e seguida nesta etapa é a coleta do concreto em
obra e moldagem de CPs cilíndricos e prismáticos, os quais são divididos em
grupos, cada qual submetido a uma condição de temperatura e cura específica. As
condições de temperatura e cura devem ser aquelas possíveis de ocorrer em obra, e
de preferência que sejam situações extremas, ou seja, que acarretem, por exemplo,
concretos de alta resistência e altos valores de IE, concretos de baixa resistência e
baixos IEs, concretos de elevados IE e baixas resistências, etc. Utilizando situações
extremas, obtém-se maior representatividade da curva de correlação das situações
possíveis de ocorrer em obra.
A diferença fundamental entre essa proposta e aquela da norma NM 78
(1996), é que nesta usa-se como variantes da resistência do concreto o tipo de cura
(e temperatura) e a idade, enquanto na NM 78 usam-se como variantes da
resistência a relação a/c e a idade. Obtém-se assim uma boa simplificação do
ensaio, pois não é necessária a fabricação em betoneira de concretos de vários
traços, o concreto a ser utilizado chega pronto na obra, bastando apenas curá-lo em
condições diversas. Outra vantagem do ensaio proposto é que ele leva em conta
diferentes situações de temperatura e cura.
O que se seguiu é a moldagem de 18 CPs cilíndricos e 3 prismáticos.
Eles foram divididos em 3 grupos, cada um composto de 6 CPs cilíndricos e um
prismático. Cada grupo ficou submetido a um tipo de cura:
•
Cura seca ao ar;
•
Cura saturada: imersos em água;
87
•
Cura em alta temperatura com molhagens diárias: os CPs ficaram em uma
pequena estufa.
Como na PRIMEIRA ETAPA, os CPs prismáticos 15x15x30cm foram
usados nos Ensaios Esclerométricos, enquanto os ø10x20cm foram usados nos
ensaios de compressão.
Para cada idade de 14, 21 e 28 dias, foi feito o Ensaio Esclerométrico em
uma face dos 3 CPs prismáticos (um de cada cura), e ensaiados à compressão 2
CPs cilíndricos de cada cura. Para cada cura obteve-se 3 relações de IE e
resistência do concreto, uma para cada idade. Os resultados dos ensaios desta
etapa são apresentados e discutidos no item 4.2.
3.4.1 Identificação dos corpos de prova
Os CPs foram identificados sempre com o prefixo D3, que corresponde à
terceira coleta de concreto deste trabalho, seguido dos sufixos:
•
S: identificando a cura seca à temperatura ambiente.
•
U: cura úmida, normatizada.
•
E: cura em estufa, com molhagens diárias nos primeiros 7 dias.
A identificação ficou assim:
•
D3S - concreto curado seco à temperatura ambiente, fora da estufa;
•
D3E - concreto curado em estufa nos primeiros sete dias, após curado à
temperatura ambiente;
•
D3U - concreto curado imerso em água.
3.4.2 Temperaturas de cura
•
Cura seca ao ar à temperatura ambiente (D3S): o concreto ficou em ambiente
coberto, sem sofrer incidência de sol, chuva ou vento, nem qualquer tipo de
88
molhagem (Figura 63). Simula uma condição que pode ocorrer em obra,
principalmente em elementos estruturais concretados em épocas de pouca
chuva e céu nublado. Os CPs cilíndricos foram colocados na água 72hs antes
do ensaio de compressão.
Figura 63 - Seis CPs cilíndricos para o ensaio de compressão e o prismático para
ensaio de esclerometria.
•
Cura saturada (D3U): todos os CPs ficaram imersos em um tanque com água
potável, a uma temperatura aproximada de 20ºC (Figura 64). O prismático de
cura saturada era retirado da água 72hs antes de ser ensaiado, sendo
recolocado na água logo após ser utilizado.
Figura 64 - Cura saturada.
89
•
Cura em alta temperatura com molhagens diárias (D4E): o concreto ficou em
uma pequena estufa até o sétimo dia de idade (Figura 65), onde a
temperatura dos corpos de prova medida na base foi aproximadamente de
30ºC, e no topo de 42º, devido à distribuição irregular de calor no interior da
estufa (Figura 66). Uma vez ao dia, durante os sete primeiros dias, os CPs
receberam uma molhagem superficial, tentando simular uma condição de
molhagem que poderia ocorrem em obra. Após serem retirados da estufa,
foram colocados juntos dos outros corpos de prova, para serem curados ao
ar. Os CPs cilíndricos foram colocados na água 72hs antes do ensaio de
compressão.
Figura 65 - Estufa aquecida com lâmpadas incandescentes.
Figura 66 - OUT: temperatura medida no meio do CP. IN:
temperatura do ambiente.
90
3.4.3 Caracterização do concreto
Utilizou-se concreto usinado bombeável, coletado em canteiro de obras,
de fck=25MPa, e de slump 10cm. O mesmo foi coletado na boca do caminhão
betoneira, acondicionado em carrinho de mão até o momento de moldagem dos
corpos de prova cilíndricos e prismáticos. O cimento usado é o CPV, de alta
resistência inicial. O agregado graúdo é pedra britada, de rocha basáltica.
3.4.4 Tipos de fôrmas
Para os CPs prismáticos utilizaram-se fôrmas de madeira, revestidas
internamente com plástico, de modo a ter a mesma estanqueidade das fôrmas
metálicas. Suas dimensões internas são 15x15x30cm. Os CPs cilíndricos ø10x20cm
foram moldados com fôrmas metálicas normatizadas.
3.5 Terceira etapa - Influência da armadura no IE
Nesta etapa buscou-se verificar e quantificar a influência da armadura no
concreto no IE, tanto em laboratório quanto em obra.
Para a verificação em laboratório utilizou-se um molde de dimensões
internas 15x15x60cm (Figura 67), revestido internamente por lonas plásticas para
fazer a impermeabilização. Foi inserida uma barra metálica CA50 nervurada de 8mm
de diâmetro no sentido da maior direção do molde, com um cobrimento de concreto
de 1,5cm na face mais próxima, e um cobrimento de 5cm na segunda face mais
próxima. Foi utilizada a barra em questão por ser sobra de material, e o cobrimento
de 1,5cm, apesar de estar fora de norma, por ser um cobrimento provavelmente de
ocorrência comum nas obras de pequeno porte, onde nem sempre são usados
espaçadores nas armaduras. O adensamento foi adaptado da NBR 5738 (2008) do
91
corpo de prova prismático de lado 15cm, onde se exige para adensamento manual o
lançamento do concreto em duas camadas, cada qual adensada com 75 golpes com
a barra padronizada.
O concreto utilizado é de fck 25MPa. O CP ficou em obra por 24hs, e
após isso foi transportado para laboratório onde foi desformado e colocado dentro de
um reservatório de água (Figura 68).
Figura 67 - Molde com barra nervurada CA50.
Figura 68 - Cura do concreto em reservatório com água.
Na concretagem do CP prismático, foram moldados outros seis ø10x20
para obter a curva de crescimento de resistência do concreto (Figura 69). O Ensaio
92
Esclerométrico foi executado aos 14 e 28 dias, e o ensaio de compressão no CPs
cilíndricos foi realizado aos 14, 28 e 65 dias.
Figura 69 - Corpos de prova cilíndricos e prismático com armadura.
Na Figura 70 são mostradas as seis direções onde foi realizado o Ensaio
Esclerométrico. Cada direção possui uma linha de ensaio, onde foram marcados os
locais para impacto do esclerômetro. As marcações seguiram uma distância mínima
de 3cm entre uma e outra. O total de impactos em cada linha foi variável, pois foi
necessário desviar das irregularidades da superfície.
L5
L1
L6
L3
L2
L4
Figura 70 - Posicionamento da barra no concreto e direções dos impactos.
93
Para a execução do Ensaio o bloco de concreto foi colocado no chão.
Uma parede de blocos de concreto serviu como anteparo na face oposta aos
impactos no esclerômetro. Em cima do corpo de prova foram colocados mais dois
blocos para restringir a vibração durante os impactos (Figura 71). Os resultados são
apresentados e discutidos no item 4.3.1.
Figura 71 - Nas setas vermelhas duas linhas de ensaio L3 e L4.
Em obra foi verificada a influência da armadura no IE em um pilar circular
de 30cm de diâmetro e altura 3,06m (Figura 72), moldado com fôrma metálica. Ele
possuía armaduras longitudinais de 12,5mm com cobrimento de concreto de 2,5cm.
As armaduras foram localizadas e assinaladas a lápis no pilar (Figura 73). O
concreto possuía aproximadamente 14 dias de idade e fck de 25MPa para 28 dias.
Os impactos com o esclerômetro foram feitos exatamente acima de 3
barras longitudinais, obtendo-se um IE. As regiões entre as barras também foram
ensaiadas e obtiveram um IE próprio. As regiões acima dos estribos não foram
ensaiadas. Comparando os dois IEs foi possível verificar e quantificar a influência
das barras nesta situação específica. A área ensaiada possui 25cm de largura e
30cm de altura, ficando a 1,56m do piso e a 1,20m do topo.Os resultados são
apresentados e discutidos no item 4.3.2.
94
Figura 72 - Visão por inteiro do pilar. No retângulo vermelho, a região
ensaiada.
Figura 73 - Região ensaiada e armaduras localizadas.
95
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Primeira Etapa - Influência da fôrma no IE
No Gráfico 2 é apresentado o crescimento do IE com a idade para os
quatro tipos de fôrmas, para concreto curado em temperatura ambiente, usando a
representação a seguir.
- linha rosa (marcador quadrado): madeira compensada;
- linha azul (marcador em X): madeira pinus seca;
- linha preta (marcador losango): fôrma impermeável.
- linha verde (marcador triangular): madeira pinus saturada;
CURA SECA
41
40
39
38
37
36
D4S-IM
IE
35
D4S-CO
34
D4S-MU
33
D4S-MS
32
31
30
29
28
27
14
21
28
IDADE
Gráfico 2 - Variação do IE com a idade para cura em temperatura ambiente.
Para
todos
os
tipos
de
fôrmas
obtiveram-se
resultados
muito
semelhantes, à exceção da madeira pinus saturada que obteve nitidamente Índices
Esclerométricos bem inferiores. Não se observou uma predominância para o maior
96
IE para um determinado tipo de fôrma, pois houve alternância nas três idades
ensaiadas. Houve uma queda no IE dos 14 dias para os 21 dias para as fôrmas de
madeira compensada e impermeável, mas esse tipo de acontecimento também foi
observado nos ensaios de outros autores quando os ensaios são feitos em datas
próximas, como foi neste caso.
No Gráfico 3 observa-se o crescimento dos IEs para o concreto curado na
primeira semana em estufa. Novamente o IE para a madeira pinus saturada foi o
menor de todos para todas as idades. Neste gráfico apenas um resultado não
parece estar de acordo com o esperado, que é o IE aos 14 dias (círculo vermelho)
para a madeira pinus seca, sendo muito superior aos outros três IEs para esta idade.
CURA EM ESTUFA POR UMA SEMANA
41
40
39
38
37
IE
36
35
D4E-IM
34
D4E-CO
D4E-MU
33
D4E-MS
32
31
30
29
28
27
14
21
28
IDADE
Gráfico 3 - Variação do IE com a idade para cura por 7 dias em estufa.
Também não se observou predominância para o maior IE para um
determinado tipo de forma. Entretanto, para os 28 dias houve uma mesma tendência
na ordem do IE para as duas temperaturas, sendo a madeira compensada (linha
rosa) com o maior IE, seguida em ordem decrescente pela madeira pinus seca (linha
azul), fôrma impermeável (linha preta) e madeira pinus saturada (linha verde).
97
Nos gráficos 4, 5, 6 e 7 podem-se observar as diferenças no IEs
causadas pela diferença de cura na primeira semana de idade.
41
40
39
38
37
36
35
IE
Cura seca
34
Cura em estufa
33
32
31
30
29
28
27
14
21
28
Idade
Gráfico 4 - Crescimento do IE para fôrma impermeável.
41
40
39
38
37
36
IE
35
Cura seca
34
Cura em estufa
33
32
31
30
29
28
27
14
21
Idade
Gráfico 5 - Crescimento do IE para madeira compensada.
28
98
41
40
39
38
37
36
35
IE
Cura seca
34
Cura em estufa
33
32
31
30
29
28
27
14
21
28
Idade
Gráfico 6 - Crescimento do IE para madeira saturada.
41
40
39
38
37
36
IE
35
Cura seca
34
Cura em estufa
33
32
31
30
29
28
27
14
21
Idade
Gráfico 7 - Crescimento do IE para madeira pinus seca.
28
99
Percebe-se que a temperatura não causou influência significativa nos IEs
dos diversos tipos de fôrmas para a idade de 28 dias. Dessa maneira, é possível
fazer a conversão do IE de 28 dias para a fôrma impermeável, pois é o tipo de fôrma
recomendado pela NBR 7584 (1995).
Na Tabela 8 os Índices Esclerométricos dos ensaios aos 28 dias.
Tabela 8 - Índices Esclerométricos aos 28 dias para cura seca e em estufa.
Fôrma
Cura seca
Cura em estufa
IE médio
Compensada (CO)
38,7
38,9
38,8
Pinus seca (MS)
38,3
38,2
38,25
Impermeável (IM)
37,8
38,1
37,95
Pinus úmida (MU)
35,5
35,5
35,5
A equação de conversão dos IEs dos diferentes tipos de fôrmas, para
concreto de 28 dias de idade, fica:
IEIM = 0,978 IECO = 0,992 IEMS = 1,069 IEMU, onde
IEIM é o Índice Esclerométrico da fôrma impermeável;
IECO é o Índice Esclerométrico da fôrma de madeira compensada;
IEMS é o Índice Esclerométrico da fôrma de madeira pinus seca;
IEMU é o Índice Esclerométrico da fôrma de madeira pinus saturada.
Salienta-se que a equação encontrada é válida somente para o
esclerômetro e para o concreto usados nos ensaios. Concretos com relação
água/cimento menor que a do concreto usado podem resultar em diferenças menos
significativas nos Índices Esclerométricos para os diferentes tipos de fôrmas, já a
maior relação a/c tem a tendência de causar as maiores diferenças.
No Gráfico 8 é mostrada a influência das fôrmas utilizando a média dos
IEs das duas curas. O IE da fôrma saturada é 16,1%, 11,8% e 6,5% menor que o IE
da fôrma impermeável (recomendada por norma), aos 14, 21 e 28 dias
respectivamente.
100
INFLUÊNCIA DAS FÔRMAS
40
39
MADEIRA SECA
ÍNDICE ESCLEROMÉTRICO
38
MADEIRA SATURADA
37
MADEIRA COMPENSADA
36
IMPERMEÁVEL
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
14
21
28
IDADE (DIAS)
Gráfico 8 - Influência das fôrmas usando a média dos IEs das duas curas.
Paralelamente aos Ensaios Esclerométricos foram realizados ensaios de
compressão em corpos de prova cilíndricos ø10x20cm. Seis deles foram curados à
temperatura ambiente e seis em cura normatizada. Os resultados são mostrados no
Gráfico 9.Aos 14 dias não foi realizado o ensaio com CPs ø10x20 de cura seca.
34
33
32
Resistência (MPa)
31
30
29
Cura seca
Cura normatizada
28
27
26
25
24
23
14
21
Idade
Gráfico 9 - Crescimento da resistência do concreto.
28
101
4.2 Segunda Etapa - Proposta de uma nova metodologia para o Ensaio
Esclerométrico.
Utilizou-se 3 tipos de situações de cura e temperatura para simular as
condições de obra. Idealmente seriam necessários estudos mais aprofundados e
comprovações práticas de quantas situações de cura e temperatura seriam
necessárias para uma representatividade completa de todas as condições climáticas
passíveis de ocorrer em obra.
Relembrando as 3 situações de cura e temperatura:
•
D3U - cura normatizada;
•
D3S - cura seca à temperatura ambiente;
•
D3E - cura em estufa com molhagens diárias por uma semana, após isso cura
seca à temperatura ambiente.
Observa-se no Gráfico 10 como se deu o crescimento da resistência do
concreto quando submetido a três tipos de cura bastante distintos. As resistências
do concreto obtidas aos 28 dias para a cura em estufa e cura seca ficaram abaixo do
esperado (círculos cor-de-rosa), pois foram menores do que aos 21 dias de idade.
CRESCIMENTO DA RESISTÊNCIA COM A IDADE
38
36
34
32
30
fc
ESTUFA
28
SECO
NORMA
26
24
22
20
14
21
28
Idade
Gráfico 10 - Crescimento da resistência do concreto para 3 tipos de cura.
102
Já o crescimento do Índice Esclerométrico com a idade seguiu o que se
esperava, para todas as idades e curas, vide Gráfico 11.
No Gráfico 12 observam-se as curvas de correlação para os 3 tipos de
cura, obtidas por regressão linear simples em planilha eletrônica. A cura seca
apresentou a curva mais surpreendente, onde houve um grande ganho da dureza
superficial do concreto, sem nenhum aumento de resistência à compressão
correspondente. Esse resultado pode ser entendido observando o Gráfico 10 onde
se nota que a resistência à compressão da cura seca aos 28 dias não foi coerente.
CONCRETO fck 25MPa, cimento CPV - TRÊS TIPOS DE CURA
39
38
37
IE
36
ESTUFA
35
SECO
NORMA
34
33
32
14
21
28
Idade
Gráfico 11 - Crescimento do IE com a idade para os três tipos de cura.
CORRELAÇÕES INDIVIDUAIS
38
36
34
ESTUFA
fc
32
SECO
30
NORMA
Linear (NORMA)
28
Linear (ESTUFA)
26
Linear (SECO)
24
22
20
32
33
34
35
36
37
38
IE
Gráfico 12 - Curvas de correlação individuais para cada tipo de cura.
39
103
Eliminando-se os dois valores irregulares do Gráfico 12, circulados em
verde, obtém-se as curvas ajustadas, visualisadas no Gráfico 13.
CONCRETO fck 25MPa, cimento CPV - TRÊS TIPOS DE CURA
38
36
34
ESTUFA
fc
32
SECO
30
NORMA
Linear (NORMA)
28
Linear (ESTUFA)
26
Linear (SECO)
24
22
20
32
33
34
35
36
37
38
IE
Gráfico 13 - Curvas de correlação individuais ajustadas.
Considerando os pontos do Gráfico 13, obteve-se uma única curva de
correlação, mostrada no Gráfico 14, obtida por regressão linear simples em planilha
eletrônica, com um R2 igual a 0,826.
O Gráfico 14 apresenta a curva de correlação resultante da
metodologia proposta para o Ensaio Esclerométrico para concretos mantidos
em condições de temperatura e cura não controladas.
Curva de correlação final
38
Resistência (MPa)
36
34
32
30
28
26
y = 2,189x - 46,864
2
R = 0,826
24
22
20
32
33
34
35
IE
Gráfico 14 - Curva de correlação final para os 3 tipos de cura.
36
37
38
104
Para se ter um parâmetro de comparação para validação da curva de
correlação obtida, foi feita uma comparação entre a curva obtida e a curva do
esclerômetro.
A curva de correlação do esclerômetro usado foi retirada da Figura 74. É
bom lembrar que essa curva apresenta as resistências para corpos de prova
cúbicos, enquanto que no ensaio usaram-se corpos de prova cilíndricos ø10x20cm.
As resistências foram convertidas baseando-se pela Tabela 2 (CPs cúbicos de
aresta 15cm, normalmente usados na Europa).
Figura 74 - Curva de correlação do esclerômetro utilizado.
Os valores das resistências da curva do esclerômetro foram multiplicados
por 0,8 (conversão para ø15x30) e depois multiplicados por 0,97 (conversão de
ø15x30 para ø10x20).
Comparando-se a curva obtida na nova metodologia com a curva do
esclerômetro usado, obteve-se o Gráfico 15.
105
Curva de correlação da Nova M etodologia e Curva do Esclerômetro
38
36
y = 2,189x - 46,864
Resistência (MPa)
34
32
30
28
26
y = 1,4792x - 29,076
24
22
20
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
IE
Nova metodologia
Curva do esclerômetro
Linear (Nova metodologia)
Linear (Curva do esclerômetro)
Gráfico 15 - Comparação da curva obtida com a curva do esclerômetro.
Observa-se uma diferença significativa entre as duas curvas de
correlação, obtendo-se, por exemplo, para um IE=37 valores de fc de 34,1MPa para
a curva da metodologia proposta e 25,6MPa para a curva do aparelho, uma
diferença de 33% na estimativa da resistência. Nos APÊNDICES encontra-se o
Gráfico 15 em folha inteira.
4.3 Terceira Etapa - Influência da armadura no IE.
4.3.1 Em laboratório
Aos 14 e 28 dias de idade realizou-se o Ensaio Esclerométrico no corpo
de prova prismático 15x15x60cm, com uma barra de aço CA50 em seu interior, em 6
linhas de impacto, mostradas na Figura 70.
106
L5
L6
L1
L3
L2
L4
Figura 70 (repetida) - Posicionamento da barra no concreto e direções dos
impactos.
Na Tabela 9 são apresentados os resultados, onde se observa que as 6
linhas tiveram aproximadamente os mesmos valores para os IEs, concluindo que a
barra de 8mm, na situação de ensaio, não provocou aumento no IE.
Tabela 9 - Índices Esclerométricos para concreto com barra de 8mm.
L1
L2
L3
L4
L5
L6
14 dias
30
29,9
31,2
29,9
31,9
29,7
28 dias
30,7
31
31,2
29,8
NR*
NR*
*NR: Não realizado
O crescimento da resistência do concreto usado no corpo de prova foi
obtido com os ensaios normatizados aos 14, 28 e 65 dias, usando CPs ø10x20cm, e
pode ser visualizado no Gráfico 16.
107
CONCRETO fck 25MPa
36
35
34
33
32
fc
31
30
29
28
27
26
25
0
10
20
30
40
50
60
70
Idade
Gráfico 16 - Crescimento da resistência do concreto.
4.3.2 Em obra
O Índice Esclerométrico obtido para os pontos localizados exatamente
acima das barras longitudinais do pilar foi de 33,7, e para as regiões entre essas
barras foi de 33,5. O IE nas armaduras foi apenas 0,6% maior do que nas regiões
sem armaduras próximas, demonstrando que para a situação ensaiada as
armaduras não causaram influência significativa no Índice Esclerométrico.
108
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
5.1 Primeira Etapa - Influência da fôrma no IE
O material do molde do concreto influencia o IE e deve ser considerado
para obter maior precisão.
As recomendações para trabalhos futuros:
•
Realizar os ensaios em idades superiores a 28 dias, como por exemplo, 60
dias, e verificar se a tendência observada nos ensaios aos 28 dias se repete;
•
Pesquisar outros materiais para as fôrmas;
•
É interessante o ensaio ser feito com concretos de várias relações
água/cimento e observar até que ponto as fôrmas causam influência
significativa no IE, e partir de que ponto essa influência pode ser desprezada;
•
Variar a data de desfôrma;
•
Manter vários moldes de madeira saturando imersos em água por datas
diferentes, por exemplo,1, 3, 5, 7 e 10 dias.
•
Descobrir qual foi a razão para o molde de madeira saturada induzir menores
IEs.
5.2 Segunda Etapa - Proposta de uma nova metodologia para o Ensaio
Esclerométrico
O Ensaio Esclerométrico tem potencial de aplicação para obras, desde
que a curva de correlação utilizada seja específica para o concreto utilizado e que
ela leve em conta as diferentes condições de temperatura e cura. Comprovações da
precisão do Ensaio Esclerométrico são necessárias e podem ser obtidas com a cura
de corpos de prova junto dos elementos estruturais a serem ensaiados ou com a
extração de testemunhos desses elementos. Caso a precisão do ensaio não seja
calculada, como o foi o caso deste experimento, o ensaio deve ser tratado como
109
“não conclusivo”, ou seja, a resistência do concreto estimada não deve ser aceita
automaticamente. Na metodologia de ensaio das normas e na metodologia proposta
neste trabalho se considera a idade do concreto como um parâmetro desconhecido,
o que reduz a precisão da curva de correlação. Nas obras novas em construção não
se deve ter muita dificuldade em descobrir a idade do concreto a ser ensaiado,
assim, a consideração da idade pode trazer bons ganhos de precisão. Por exemplo,
se em laboratório foram feitos ensaios aos 14, 21, 28, 60 e 90 dias, e o ensaio em
obra foi feito aos 46 dias, deve-se considerar todos os ensaios realizados até os 60
dias, que é a idade imediatamente superior à idade do concreto da obra, no traçado
da curva de correlação. Outro exemplo: ensaio realizado na obra com concreto de
18 dias de idade, devem ser considerarados apenas os ensaios realizados até os 21
dias.
Como a curva de correlação proposta neste trabalho foi obtida com
poucos pontos, não foi possível realizar um estudo estatístico completo dos
resultados. Nas teses de mestrado e doutorado consultadas foram usados softwares
que possibilitaram análises estatísticas robustas, possibilitando obter os limites de
predição superior e inferior, que são os intervalos de confiança (de 95%) da curva de
correlação obtida, ou seja, consegue-se determinar qual a precisão da curva em
porcentagem ou em MPa.
Como recomendações para trabalhos futuros podem-se citar:
•
Para o traçado da curva de correlação é recomendável utilizar vários
combinações de temperatura e cura para simular as situações mais extremas que
podem ocorrer em obra, por exemplo, chuvas por muitos dias, alta temperatura e sol
forte por muitos dias, etc.
•
Manter alguns CPs ø15x30 na obra junto de pilares concretados com o
mesmo concreto. Obter a curva de correlação, ensaiar o pilar com o esclerômetro
obtendo sua resistência estimada, fazer o ensaio de compressão nos CPs cilíndricos
para representar a resistência do concreto do pilar e comparar os resultados.
•
Avaliar a resistência do concreto e o Índice Esclerométrico para concretos sob
o Efeito Rush.
•
Verificar se o concreto em obra nos dias ensolarados e quentes atinge
temperaturas elevadas as quais acarretem prejuízo ao ganho de resistência do
concreto.
110
•
Verificar se apenas a molhagem superficial com mangueira de elementos
estruturais acarreta ganho de resistência do concreto do interior da peça.
•
Avaliar para CPs ø10x15 na prensa, se os IEs no topo e na base possuem
tendência de serem inferiores aos do centro do cilindro.
5.3 Terceira Etapa - Influência da armadura
Os ensaios de verificação da influência da armadura foram bastante
pontuais, mas já deram uma idéia de que nem sempre elas precisam ser localizadas
e evitadas. Como os ensaios não abrangeram todas as possibilidades de
combinações, recomenda-se que as armaduras sejam sempre localizadas e
evitadas nos Ensaios Esclerométricos.
Para trabalhos futuros poderiam se utilizar concretos de várias
resistências, variando a espessura do cobrimento e o diâmetro da barra. Também
pode ser colocada mais de uma barra e aferir a influência simultânea de várias
barras no Índice Esclerométrico.
111
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113
APÊNDICES
114
APÊNDICE A - Índices Esclerométricos e ensaios à compressão da Primeira
Etapa.
115
CONCRETO D4
14 DIAS
D4S-IM
VALIDOS
DESCARTE
32
ERRO (%) -100,0
36
-1,1
34
-6,6
36
34
40
35
37
36
-1,1
-6,6
9,8
-3,9
1,6
-1,1
35
33
36
39
38
40
39
7,1
36
-1,1
34
40,0
43
-6,6 -100,0
36,4
9,8
D4S-CO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
38
34
4,2
-6,7
30
27
32
-100,0
-4,0
-9,5
-1,2
27
29
29
7,0
4,2
9,7
30
43
-100,0 -100,0
39
36
33,0
7,0
-1,2
-9,5
36,5
D4S-M.UMIDA
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
1,4
-8,7
33
-100,0
38
33
39
-8,7
-2,0
-2,0
48
-100,0
37
38
36
30
30
30
32
29
31
31,0
1,4
1,4
1,4
8,2
-2,0
4,8
4,8
36
35
29,6
D4S-MS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
3,6
-10,0
6,4
29
-100,0
0,9
3,6
-1,8
-1,8
34
37
33
32
37
32
39
38
35
36,0
-4,5
32
-100,0
6,4
3,6
-4,5
-1,8
37
37
32
36,7
D4E-IM
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
32
-6,9
30
-100,0
-1,1
7,7
-4,0
-6,9
7,7
-6,9
36
36
31
32
31
33
37
37
8,6
39
8,6 -100,0
7,7
7,7
35
24
-6,9 -100,0
34,4
44
1,9 -100,0
D4E-CO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
5,6
5,6
-9,0
-6,1
-9,0
-3,2
33
-3,2
36
5,6
33
-3,2
34
39
-0,2 -100,0
34,1
116
D4E-MU
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
29
29
-2,7
35
-100,0
38
-100,0
-2,7
37
36
35
-1,5
-4,2
-6,8
28
32
29
29
30
29
30
33,0
-2,7
0,7
-2,7
0,7
10,7
39
40
37
37
37
39,0
-4,2
3,8
6,5
-1,5
-1,5
-1,5
3,8
37
36
37
37
34
-6,0
37
-100,0
39
-2,7 -100,0
7,4
37
40
39
37
36
-1,5
6,5
3,8
-1,5
37
29,8
D4E-MS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
D4S:
NR.
D4U=
fc1=
fc2=
fcm=
37,6
27,28
28,41
27,8 MPa
21 DIAS
D4S-IM
VALIDOS
DESCARTE
32
ERRO
-100,0
36
36
35
-2,7
-2,7
-5,4
34
36
34
40
40
39,0
0,0
0,0
-2,7
0,0
0,0
49
-8,1 -100,0
37
37
33
38
35
38
39,0
4,8
7,5
8,1
8,1
47
-6,3 -100,0
41
-100,0
2,0
36
34
7,2
29
1,2 -100,0
5,4
37,0
D4S-CO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
38
4,8
-6,3
32
35
-0,8
2,0
42
-3,5 -100,0
-9,0
4,8
32
32
32
34
32
32,0
-4,7
-4,7
-4,7
1,2
-4,7
-4,7
36,3
D4S-MU
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
-4,7
4,2
36
38
-100,0
7,2
36
7,2
33,6
117
D4S-MS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
34
39
-7,1
6,6
36
36
35
36
35
-4,3
-1,6
-4,3
45
-100,0
2,0
39
6,6
37
44
-100,0
39
39
37
35
34
36,6
29
-7,1 -100,0
1,1
6,6
6,6
1,1
-4,3
40
34
38
36
37
37
37,0
7,3
-8,8
2,0
-3,4
-0,7
-0,7
-0,7
40
36
36
38,0
7,2
-3,5
-3,5
1,9
D4E-IM
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
38
41 ?
-3,4
-3,4
45
-100,0
37
39
37
37
38
35
37
38
-0,8
4,5
-0,8
-0,8
1,9
-6,2
-0,8
1,9
31
34
31
33
31
10,0 #VALOR!
37,3
D4E-CO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
37 ?
-0,8 #VALOR!
37,3
D4E-MU
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
35
32
30
31
32
32
31,0
-2,9
37
-100,0
9,7
0,3
-6,0
-2,9
0,3
0,3
-2,9
-2,9
6,5
-2,9
36
-100,0
37
39
37
37
37
37
37
36
37
37
38
38
34
34,0
0,6
6,0
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
-2,1
0,6
0,6
3,3
3,3
-7,6
-7,6
3,4
31,9
D4E-MS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
D4S
fc1=
25,6
fc1=
31
fc2=
26,8
fc2=
32,7
fcm=
26,2 MPa
fcm=
31,9 MPa
D4E:
36,8
118
28 DIAS
D4S-IM
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
38
37
37
39
36
38
40
37
37
37
39
38
39,0
-2,2
-2,2
3,0
0,4
3,0
0,4
-2,2
-2,2
3,0
-4,9
0,4
5,7
33
-2,2 -100,0
38
37
41
37
38
40
36
38
42
38
38
40
40,0
-1,8
8,5
-1,8
-1,8
3,4
3,4
37
33
36
34
37,8
D4S-CO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
-1,8
-4,4
6,0
39
39
33
-4,4
-1,8
3,4
33
33
29
-7,0 -100,0
38,7
D4S-MU
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
10,0
10,0
-6,9
37
41
40
30
-100,0
-6,9
-6,9
37
29
4,4 -100,0
4,4
-6,9
1,5
36,0
41
-4,1 -100,0
35,5
1,5
D4S-MS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
38
-3,5
7,0
4,3
48
-100,0
40
37
41
41
39
38
38
37
36
40
38
38,0
-0,9
44
-100,0
1,7
-0,9
-0,9
-3,5
-6,1
4,3
-0,9
-0,9
37
35
35
36
37
37
39
39
41,0
33
2,4 -100,0
2,4
7,7
38,3
D4E-IM
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
5,1
-2,8
7,7
7,7
-2,8
-8,1
-8,1
-5,5
-2,8
-2,8
43
41
37
37
37
37
39
41
37
39
39
37
41
39,0
10,7
5,5
-4,8
-4,8
-4,8
-4,8
0,4
5,5
-4,8
0,4
0,4
-4,8
5,5
0,4
38,1
D4E-CO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
38,9
119
D4E-MU
VALIDOS
DESCARTE
43
ERRO
-100,0
37
4,2
33
35
37
36
36
33
38
34
38
35
34,0
-7,0
43
-100,0
-1,4
4,2
1,4
1,4
-7,0
7,0
-4,2
7,0
-1,4
-4,2
32
30
29
29
30
30
35,5
D4E-MU - VERTICAL, NO CHÃO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
29
32
-2,1
8,0
8,0
1,2
37
39
39
41
-2,1
29
29
27
1,2
26
-100,0
-2,1
-2,1
-8,9
41
36
36
39
37
37
39,0
7,5
-5,6
-5,6
2,2
-3,0
-3,0
2,2
-2,1
25
-100,0
1,2
38
37
-0,4
-3,0
29,6
D4E-MS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
D4S
33
-3,0
2,2
fc1=
30,52
fc2=
fcm=
2,2
7,5 -100,0
fc1=
31,7
28,19
fc2=
33,5
29,4 MPa
fcm=
32,6 MPa
D4E:
38,2
120
APÊNDICE B - Agregados graúdos retidos nas peneiras da primeira etapa.
121
Figura 75 - Agregado retido na #19mm
Figura 76 - Agregado retido na #12mm
Figura 78 - Agregado retido na #6,3mm
Figura 79 - Agregado retido na #4,8mm
Figura 80 - Equipamento de vibração utilizado.
Figura 77 - Agregado retido na # 9,5mm
122
APÊNDICE C - Índices Esclerométricos e ensaios à compressão da Segunda
Etapa.
123
D3E (ESTUFA) A 110KN, FORMA IMPERMEÁVEL 14 DIAS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO(%)
fc1=
fc=
31
30
-100,0
-7,5
27,2
25,8 fcm=
33
39
-100,0 -1,5
35
39
-100,0
4,5
35
33
4,5
33
-1,5
-1,5
35
4,5
33
39
-100,0
33,5
-1,5
26,5 MPa
D3U 114KN
VALIDOS
DESCARTE
ERRO(%)
fc1=
fc2=
34
0,5
31
37
-8,4
9,3
28,8
32,5 fcm=
28,8 MPa
33
35
33
34
-2,5
3,4
-2,5
45
-100,0
32
35
31
35
36
0,5
6,4
33
31
36
6,4
31
32
36
6,4
32
33,8
39
-5,5 -100,0
-8,4
-5,5
32
34
34
34
39
3,3 -100,0
3,3
3,3
D3S (CURA SECA) 119KN
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
fc2=
33
0,2
31
33
-5,8
0,2
24,7 fcm=
24,7 MPa
0,2
38
-5,8 -100,0
-2,8
6,3
-5,8
6,3
-2,8
38
36
36
35
33
33
43
8,6 -100,0
2,9
2,9
0,0
-5,7
-5,7
D3E 21 DIAS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
33
35
37
35
36
33
-5,7
0,0
5,7
0,0
2,9
-5,7
35,0
32,9
124
D3S (CURA SECA)
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
33
35
34
36
37
34
41
42
-1,6 -100,0 -100,0
34
33
32
35
37,0
-1,6
-4,5
-7,4
1,3
7,1
-4,5
1,3
-1,6
4,2
39
7,1 -100,0
33
33
37
43
34
33
35
31
40
34
34
35
35
-4,5
-4,5
7,1
24,5
-1,6
-4,5
1,3
-10,3
15,8
-1,6
-1,6
1,3
1,3 -100,0
34
38
36
33
37,0
-6,6
-1,1
-9,3
1,7
34,5
D3U
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
D3E=
D3E=
MÉDIA=
30,3
30,1
30,2 MPa
D3S=
D3S=
27,4
25,8
26,6 MPa
D3U=
35,2
31,8
31,8 MPa
28 DIAS:
D3E 28 DIAS CPV
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
39
37
35
37
36
37
39
7,2
1,7
-3,8
1,7
-1,1
1,7
7,2
35
43
-3,8
36
39
38
37
37
37
40
41
36
37
37
40
37,0
-4,9
3,0
0,4
-2,2
-2,2
-2,2
5,7
8,3
-4,9
-2,2
-2,2
5,7
-2,2
41
4,4 -100,0
36,4
D3S (CURA SECA)
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
33
-100,0
37,8
125
D3U
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
D3E=
D3E=
MÉDIA=
39
3,5
28,2
29,2
28,7 MPa
37
40
-1,8
6,1
D3S=
D3S=
37
32
-1,8 -100,0
25,5
24,4
25,0 MPa
39
37
35
39
35
37
38
39
38,0
3,5
-1,8
-7,1
3,5
-7,1
-1,8
0,8
3,5
0,8
D3U=
D3U=
35,3
35,4
35,4 MPa
37,7
126
APÊNDICE D - Curvas de correlação
127
Resistência (MPa) [ Cilíndro Ø10x20cm ]
CURVAS DE CORRELAÇÃO
52
51
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
IE
Nova metodologia
Linear (Nova metodologia)
Curva do esclerômetro
Linear (Curva do esclerômetro)
Gráfico 17 - Comparativo entre curvas de correlação.
MACHADO(2005)
Linear (MACHADO(2005))
128
APÊNDICE E - Índices Esclerométricos e ensaios à compressão da Terceira
Etapa.
129
ENSAIO EM LABORATORIO EM PRISMA 15X15X60 COM FERRO DIAM
8mm
CONCRETO D2 COM 14 DIAS DE IDADE
condição: CPs saturados
fc1=
27,6 MPa fc2=
L3
válidos
descarte
Erro(%)
L4
válidos
descarte
erro
L2
válidos
descarte
erro
29
33
24,3 MPa fc3=
31
31
27,1 MPa fcm=
33
30
37
-7,0
5,9
-0,5
27
31
29
-9,6
3,8
-2,9
27
31
29
-9,6
L1 (ACIMA DA ARMADURA)
válidos
30
descarte
erro
0,0
-0,5
38
-100,0
26,3 MPa
31,2
5,9
-100,0
37
100,0
36
31
31
30
31
29
3,8
3,8
0,4
3,8
-2,9
-3,7
-100,0
31
31
30
31
29
3,8
3,8
0,4
3,8
-2,9
3,8
-2,9
38
-100,0
31
29
28
30
31
30
31 XX
3,3
-3,3
-6,7
0,0
3,3
0,0
3,3
29,9
29,9
30,0
130
ENSAIO EM LABORATORIO EM PRISMA 15X15X60 COM FERRO DIAM
8mm
CONCRETO D2 COM 28 DIAS DE IDADE
FC1=28,4
FC2=30
fcm=
(CONDIÇÃO SATURADO)
29,2 MPa
L1: LINHA MAIS DISTANTE DO FERRO
VALIDOS
DESCARTE
32
ERRO
3,2
31
31
29
30
33
35
0,0
0,0
-6,5
-3,2
-100,0
32
31
35
0,9
37
100,0
-100,0
31
30
29
31,00
39
100,0
26
6,5
-100,0
31
31
29
0,9
0,9
-5,6
L2: LINHA EM CIMA DO FERRO
VALIDOS
DESCARTE
32
ERRO
4,2
29
-5,6
4,2
30,71
L3: LINHA MAIS DISTANTE DO FERRO
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
29
-2,5
34
35
-100,0
-100,0
4,2
0,8
-2,5
29,75
100,0
-100,0
-100,0
L4: LINHA NA DIREÇÃO DO FERRO
VALIDOS
DESCARTE
33
33
31
30
30
30
ERRO
5,9
5,9
-0,5
-3,7
-3,7
-3,7
31,17
100,0
-100,0
-100,0
131
APÊNDICE F - Índices Esclerométricos da Terceira Etapa em obra.
132
CONCRETO COM 14 DIAS DE
IDADE
FORMA METALICA, TEMP AMBINETE 22ºC, PILAR DE
30cm DE DIAMETRO
REGIÃO ACIMA DAS
ARMADURAS
VALIDOS
35
DESCARTE
ERRO
Nº
3,9
1
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
Nº
32
37
40
40
40
5,0
2
-100,0
3
-100,0
4
-100,0
5
33
32
32
33,7
2,1
19
-5,0
20
-5,0
21
41
46
-100,0
24
-100,0
25
36
35
38
9,8
6
6,8
7
-100,0
8
32
32
36
34
39
3,9
-100,0
10
40
40
-100,0
30
-100,0
31
9
32
43
42
-5,0
11
-5,0
12
6,8
13
0,9
14
-100,0
15
-100,0
16
-5,0
17
34
34
33
35
33
31
33,5
1,4
32
1,4
33
-1,6
34
4,3
35
-1,6
36
-7,6
37
38
-100,0
18
REGIOES ENTRE AS
ARMADURAS
VALIDOS
DESCARTE
ERRO
Nº
33
39
-100,0
22
1,6
23
35
4,3
26
32
-4,6
27
33
-1,6
28
36
7,3
29
133
APÊNDICE G - Ensaios de compressão em corpos de prova moldados em
fôrma cilíndrica de madeira
134
Três moldes cilíndricos de madeira foram construídos especialmente, e
cedidos gentilmente pela Construtora Fontana para realização de ensaios de
compressão e esclerometria (
A princípio o objetivo foi de executar a esclerometria nos corpos de prova
cilíndricos ø10x20 e posteriormente ensaiá-los à compressão.
Figura 81 - Dois dos três moldes de madeira cilíndricos.
Figura 82 - Detalhe do interior do molde de madeira cilíndrico.
135
Na Figura 83 são visualizados os três corpos de prova moldados com
concreto de fck 25MPa.
Figura 83 - Os três moldes de madeira concretados.
A idéia de realizar esclerometria em CPs ø10x20 concretados tanto em
moldes de madeira quanto em moldes metálicos, foi abandonada. A explicação para
isso é dada no item 3.1. Entretanto os CPs concretados em moldes cilíndricos de
madeira foram ensaiados à compressão, obtendo-se os seguintes resultados:
fc1 = 24 MPa
fc2 = 27,3 MPa
fc3 = 27,8 MPa
Descartando o valor do primeiro molde por ter ficado muito abaixo dos
valores dos outros dois moldes, obteve-se fcm = 27,6 MPa.
Aos 28 dias, o mesmo concreto moldado seguindo a normatização
pertinente (ou seja, com moldes cilíndricos metálicos), resultou em uma resistência
136
de 27MPa, um valor muito próximo ao obtido com os moldes cilíndricos de madeira.
Esperava-se uma perda significativa de resistência daqueles concretados em
moldes de madeira, pois as superfícies não ficaram perfeitamente circulares, embora
um deles tenha obtido uma resistência significativamente mais baixa (24MPa).
Na Figura 84 - CPs cilíndricos de molde de madeira ensaiados à
compressão.
Figura 84 - CPs cilíndricos de molde de madeira ensaiados à compressão.