Ensaios de Dureza Superficial

Um dos fatores ligados à qualidade do concreto é sua dureza. O crescimento da dureza do concreto com a idade e a resistência levou ao desenvolvimento de métodos destinados à medição desta propriedade. Há métodos do tipo endentação e aqueles baseados no princípio do ricochete. Os métodos da endentação consistem principalmente no impacto de um corpo com

uma certa energia cinética na superfície do concreto e na medição da largura ou profundidade resultantes da endentação. Os métodos baseados no princípio do ricochete consistem na medição do rebote de um martelo acoplado a uma mola depois de seu impacto com a superfície do concreto (MALHOTRA e CARINO, 2004). Entre os dois princípios do ensaio de dureza superficial, os métodos baseados no princípio do ricochete ou esclerometria são os mais difundidos, dentre eles o mais conhecido é o esclerômetro de Schmidt que será apresentado a seguir.

4.4.2.1 Método do ricochete ou esclerometria: Esclerômetro de Schmidt

Recomendações para o uso do método do ricochete podem ser encontradas em ASTM C805 (2013). Dos métodos de dureza superficial, o princípio do ricochete é o mais aceito e utilizado no mundo. O esclerômetro de reflexão de Schmidt que usa este princípio é o equipamento mundialmente mais empregado para a realização deste tipo de ensaio. No Brasil, as recomendações para a avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão são fornecidas pela NBR 7584 (ABNT, 2012).

A primeira versão do esclerômetro de reflexão foi desenvolvida em 1948 pelo engenheiro suíço, Ernest Schmidt para medir a dureza do concreto com base no princípio do ricochete. Desde então, várias outras versões mais modernas, baseadas no modelo original já foram desenvolvidas. A Figura 4.14 mostra as modalidades de funcionamento de um esclerômetro típico assim como as principais partes do mecanismo de funcionamento.

Figura 4.14 – Mecanismo de funcionamento do esclerômetro de Schmidt – ACI 228.1R (2003)

O equipamento consiste nos seguintes componentes: 1) um corpo externo de alojamento 2) um êmbolo 3) um martelo 4) uma mola. O mecanismo do ensaio consiste na movimentação do êmbolo em direção à superfície do concreto. Esta movimentação estende o êmbolo e na ocasião um dispositivo de travamento bloqueia o martelo causando a movimentação do corpo do esclerômetro em direção à superfície do concreto. Ao se movimentar o corpo estende a mola que o conecta ao martelo até o ponto limite em que o travamento é desbloqueado e o martelo puxado pela mola em direção à superfície do concreto. O impacto entre o martelo e a superfície através da haste do êmbolo gera uma energia consumida em parte pela deformação plástica permanente que sofre a superfície do concreto e outra parte é refletida elasticamente provocando o rebote do martelo. A reflexão do martelo é medida por um indicador como distância do ricochete em uma escala entre 10 e 100. Esta medida é conhecida como número de ricochete.

Fundamentalmente, este ensaio é um problema complexo da propagação da onda de tensão (ACI 228.1R, 2003). A distância do rebote depende da energia cinética disponível no martelo antes do impacto com a haste do êmbolo e da quantidade de energia absorvida pelo impacto que não se converte na reflexão do martelo. A energia absorvida pelo concreto depende da

relação tensão-deformação do concreto. Em função disso, a energia absorvida depende igualmente da rigidez do concreto. Um concreto de menor resistência e menor rigidez absorbe mais energia do que um com maior resistência e maior rigidez. Portanto, o concreto de menor resistência terá uma menor reflexão do martelo, logo, um menor número de ricochete. Da mesma forma dois concretos de mesma resistência e diferentes rigidezes apresentarão diferentes números de ricochete pois, existe a possibilidade de duas misturas do concreto terem a mesma resistência mas apresentarem uma diferente rigidez.

Como a rigidez depende dos agregados utilizados na dosagem do concreto, para resultados confiáveis é importante calibrar a relação do número de ricochete e da resistência à compressão a partir de concretos compostos dos mesmos materiais que aqueles usados na estrutura avaliada. A calibração se faz em laboratório através da execução do ensaio em corpos de provas (cúbicos ou cilíndricos) obtendo a distância do ricochete característica de cada corpo de prova e um posterior rompimento dos corpos de prova obtendo a resistência à compressão necessária para plotar a curva. A Figura 4.15 ilustra uma curva típica resultante de uma calibração. Já na Figura 4.16 pode-se ver curvas típicas obtidas por diferentes pesquisadores citados por Malhotra e Carino (2004) e a diferença entre as mesmas e a curva de Schmidt fornecida pelo fabricante.

Figura 4.15 – Ilustração de uma calibração típica de um esclerômetro de reflexão (MALHOTRA e CARINO, 2004)

Figura 4.16 – Correlação entre as curvas obtidas por diferentes pesquisadores com o esclerômetro de Schmidt (MALHOTRA et al., 2004)

Principais limitações deste ensaio:

 o ensaio é sensível às condições do local onde o teste é realizado. Se a haste do êmbolo se apoiar em um agregado duro (Figura 4.14 (a)), haverá um elevado número de ricochete que não representaria a situação real. Da mesma forma, o apoio da haste em um ponto oco ou em um agregado macio resultará em um menor número do ricochete (Figura 4.14 (b)). As armaduras com pouco recobrimento podem também influenciar os resultados dos ensaios realizados nas suas proximidades. Por isso e outras razões recomenda-se um mínimo de dez número de ricochete por ensaio e se uma medida difere por mais de 6 unidades da média, esta medida deverá ser descartada e uma nova medida deverá ser calculada com base nas leituras restantes (ASTM C805, 2013);

 o número de ricochete é geralmente influenciado pela camada superficial do concreto e provavelmente não deve representar a situação das camadas mais internas do concreto. A presença de uma carbonatação superficial pode acarretar um alto número de ricochete não indicativo da realidade no interior do concreto (Figura 4.14 (c)). Similarmente, de uma superfície seca resultará um maior número. As condições de cura que influenciam

a rigidez e a resistência do concreto mais superficial do que aquele das camadas mais internas tem uma influência considerável também.

 uma superfície do concreto áspera (Figura 4.14 (d)), influenciaria o resultado fornecido pelo equipamento pois, o impacto do martelo através da haste na superfície resultará no rompimento local das irregularidades causando uma diminuição do valor fornecido pelo equipamento. Por isso, as superfícies rugosas devem ser regularizadas antes do ensaio.  Finalmente, a distância do rebote é influenciada pela orientação do instrumento por isso,

a relação resistência-distância do rebote deve ser calibrada na direção em que o instrumento será utilizado durante o ensaio.

Embora o ensaio com o esclerômetro de reflexão seja de fácil aplicação, muitos fatores além da resistência à compressão do concreto influenciam o resultado obtido em termo do número de ricochete. Isso faz com que a estimativa da resistência à compressão através deste método não seja muito confiável com relação a outros ensaios de campo (MALHOTRA e CARINO, 2006). Todavia, estima-se que o intervalo de confiança dos resultados, obtidos nos ensaios feitos nos corpos de prova em laboratórios com um esclerômetro bem calibrado, se situa entre ±15% e ±20%; já para ensaio realizado na estrutura este intervalo se situa na faixa de ±25 (MALHOTRA e CARINO, 2006).

De maneira geral o ensaio de esclerometria é aplicável com mais confiança para a determinação da uniformidade do concreto de forma a delimitar as regiões da estrutura onde existe concreto de má qualidade ou concreto deteriorado.