OBSERVAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO DE ELEVADOS DESEMPENHOS ATRAVÉS DE ENSAIOS IN SITU NÃO-DESTRUTIVOS

OBSERVAÇÃO DE ESTRUTURAS DE BETÃO DE ELEVADOS

DESEMPENHOS ATRAVÉS DE ENSAIOS “IN SITU”

NÃO-DESTRUTIVOS

Neste artigo, descreve-se um estudo experimental realizado com o objectivo de definir curvas de correlação entre os valores da resistência à compressão de um betão de elevados desempenhos (BED) e os valores das grandezas medidas com ensaios não-destrutivos (NDT).

1. INTRODUÇÃO

A utilização de cimentos I:52,5, sílica de fumo e, sobretudo, superplastificantes de nova geração, tornou possível o fabrico de betões de elevados desempenhos (BED), capazes de atingir resistências superiores a 100 MPa, associadas a excelentes trabalhabilidades (S4). Os ensaios in situ, preferencialmente ensaios não-destrutivos (NDT), constituem uma ferramenta fundamental à inspecção do património edificado e avaliação das características mecânicas dos materiais seus constituintes, assim como ao controlo de qualidade dos materiais de estruturas em fase construtiva. Estes ensaios baseiam-se no estabelecimento de relações empíricas entre a resistência à compressão do betão e as grandezas medidas pelos NDT [1]. Na última década, os BED têm sido alvo de estudos teóricos e experimentais de caracterização das suas propriedades mecânicas, sendo contudo reduzida, a investigação relativamente à avaliação dessas propriedades através de NDT [2]. Acresce ainda que as correlações definidas

de fábrica para os diversos equipamentos não serão, em princípio, válidas para os BED [1]. O objectivo do estudo descrito neste artigo é verificar se, para uma composição pré-definida de um BED, é possível definir curvas de correlação para três dos NDT mais divulgados.

2. TRABALHO EXPERIMENTAL 2.1 NDT adoptados e ensaios de referência

Adoptaram-se os ensaios não-destrutivos mais utilizados para avaliar in situ a resistência à compressão de betões: ensaio de carotes, determinação da velocidade de propagação de ultra-sons e determinação do índice esclerométrico.

Os valores de referência da resistência à compressão do BED considerado foram obtidos através do ensaio de compressão standard de provetes cúbicos normalizados.

2.2 Descrição sumária dos NDT adoptados

O ensaio de carotes pode ser definido, com mais rigor, como um ensaio parcialmente destrutivo, uma vez que é retirada uma amostra do material e, consequentemente, implica uma pequena reparação local. Este ensaio é o único em que a grandeza medida é aquela que se pretende conhecer, ou seja, a resistência à compressão do betão. A diferença fundamental, relativamente ao ensaio normalizado, tem a ver com a forma e dimensões do provete, o que obriga a corrigir o resultado obtido.

O ensaio de determinação da velocidade de propagação de ultra-sons baseia-se no princípio de esta ser proporcional à raíz quadrada do módulo de elasticidade dinâmico do material sobre a densidade do mesmo [3]. Como a resistência à compressão do betão é correlacionável com o módulo de elasticidade estático e este com o módulo de elasticidade dinâmico, facilmente se conclui ser possível estimar a resistência à compressão a partir da medição da velocidade de propagação de ultra-sons. Os valores de correlação são aceitáveis, sendo possível obter estimativas da resistência à compressão do betão in situ com um erro de ± 20% (com um intervalo de confiança de 95%) [3]. Apresenta a vantagem de ser extremamente fácil e rápido de executar, ter custos reduzidos, e ser verdadeiramente não-destrutivo. O maior inconveniente está relacionado com a influência nos resultados de parâmetros como a existência de armaduras e/ou de vazios, fissuração interna ou presença de água.

A determinação do índice esclerométrico é um ensaio onde a grandeza avaliada é a dureza superficial, sendo o valor medido um índice que se correlaciona empiricamente com a resistência à compressão. Os valores do coeficiente de correlação são inferiores aos da determinação de velocidade de propagação de ultra-sons, o que se traduz numa menor precisão das estimativas [3]. Apresenta as mesmas vantagens do método referido anteriormente. O maior inconveniente prende-se com o facto de apenas se avaliar o betão superficial, numa espessura de cerca de 30 mm [3].

2.3 Composição do betão e materiais utilizados

Neste estudo foi utilizado um cimento produzido pela Cimpor na fábrica de Alhandra e classificado, de acordo com a NP EN 197-1 [4], como Portland CEM I 52,5 R.

Seleccionaram-se agregados correntes, utilizados por uma empresa nacional de prefabricação, com as características indicadas na Tabela 1.

Tabela 1 – Agregados utilizados

Agregados Módulo Finura γ [kg/dm3_]

Brita granítica 6.47 2.62

Areia 4.24 2.59

Como adição foi adoptado um produto comercial, à base de sílica de fumo, com a designação “Sikacrete HD”.

O adjuvante foi seleccionado com base num estudo realizado anteriormente [5], tendo sido adoptado um produto comercial classificado, de acordo com a NP EN 934-2 [6], como superplastificante ou redutor de água de alta gama, à base de uma solução aquosa de polímeros acrílicos modificados.

A composição foi definida ajustando a mistura à curva granulométrica de referência de Faury [7], tendo-se obtido um BED com a dosagem por metro cúbico indicada na Tabela 2.

Tabela 2 – Composição do BED

Constituintes [/m3_] Cimento I:52,5 R 500 kg Sílica de fumo 50 kg Brita granítica 504 kg Areia 1191 kg Água 138,3 lt Adjuvante 10,2 lt 2.4 Metodologia 2.4.1 Provetes e ensaios

Foram fabricados 6 provetes de dimensão 150×150×600 mm3 _{(vigas) e 30 provetes de}

dimensão 150×150×150 mm3 _{(cubos). Utilizaram-se três vigas para extracção de carotes com}

75 mm de diâmetro por 150 mm de altura para ensaio à compressão aos 7, 14, 21, 28, 41 e 56 dias de idade. As restantes vigas destinaram-se aos ensaios de determinação do índice esclerométrico e medição da velocidade de propagação de ultra-sons. Estas determinações foram realizadas aos 1, 4, 7, 14, 21, 28, 35, 41, 48 e 56 dias de idade. Os 30 provetes cúbicos destinaram-se à determinação da resistência à compressão do betão (ensaios de referência),

tendo-se utilizado três provetes por ensaio a cada idade (1, 4, 7, 14, 21, 28, 35, 41, 48 e 56 dias). Nestes provetes, antes da realização do ensaio de compressão normalizado, determinaram-se o índice esclerométrico e a velocidade de propagação de ultra-sons.

2.4.2 Equipamento

Para o ensaio de determinação da dureza superficial foi utilizado um esclerómetro standard de Schmidt, digital, com uma energia de impacto de 2,2 J. Para o ensaio de medição da velocidade de propagação de ultra-sons foi utilizado o PUNDIT (Portable Ultrasonic Non-Destructive Digital Indicating Tester) com transdutores de frequência de 54 kHz.

2.4.3 Normas

O valor de referência da resistência à compressão do betão foi determinado através de ensaios definidos nas normas NP EN 12390-1 [8], NP EN 12390-2 [9] e NP EN 12390-3 [10]. O valor in situ da resistência à compressão do betão foi determinado através de ensaios parcialmente destrutivos (extracção de carotes) de acordo com a norma NP EN 12504-1 [11]. O índice esclerométrico foi determinado de acordo com a norma NP EN 12504-2 [12]. A medição da velocidade de propagação de ultra-sons foi realizada de acordo com a norma NP EN 583 [13].

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 Evolução da resistência à compressão do BED

Na figura 1 apresentam-se os resultados do ensaio de referência e do ensaio de carotes, de caracterização da resistência à compressão do betão, e a sua evolução em função da idade. Como se pode observar, o BED atingiu um valor médio da resistência à compressão aos 28 dias superior a 120 MPa, tendo-se obtido valores perto dos 130 MPa aos 56 dias de idade do betão.

Destaca-se ainda a elevada resistência em idades muito jovens, com valores entre 80 e 85 MPa, apenas às 24 horas de idade.

Na figura 2 apresenta-se um gráfico com os resultados da resistência à compressão do betão determinados com o ensaio de referência versus os valores correspondentes determinados com o ensaio de carotes. A partir da análise dos resultados, propõe-se uma correlação linear do tipo

fccubos = 0,5 × fccarotes + 81 (1)

70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 0 7 14 21 28 35 42 49 56 Idade [dias] fc ,c ub os [M P a ] 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 fc ,car o tes [M P a ]

Cubos Cubos - valores médios Carotes Carotes - valores médios

Figura 1: Evolução da resistência à compressão do BED determinada com o ensaio de referência e com o ensaio de carotes

100 105 110 115 120 125 130 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 fc,carotes [MPa] fc ,c ubo s [M P a ]

Figura 2: Relação entre os valores da resistência à compressão do BED determinados com os provetes cúbicos e os valores correspondentes determinados com as carotes

3.2 Ensaio da determinação da velocidade de propagação de ultra-sons

Na figura 3, representam-se os valores observados da resistência à compressão no ensaio de referência versus a velocidade de propagação de ultra-sons (V) nos mesmos provetes. A curva de correlação que melhor se adaptou às observações foi a seguinte função polinomial

fccubos = -461,71 × V2 + 4801,3 × V – 12371 (2)

com um coeficiente de correlação (R2_{) de 0,9840.}

80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 4.85 4.90 4.95 5.00 5.05 5.10 5.15 5.20 5.25 V [km/s] fc ,c ubos [M P a ]

Figura 3: Resistência à compressão do BED vs velocidade de propagação de ultra-sons. De acordo com [1] e [3], a estimativa da resistência à compressão pode ser definida como potência ou exponencial da velocidade de propagação de ultra-sons. Contudo, para o caso em estudo, verificou-se que a função de correlação polinomial de grau 2 adapta-se melhor aos resultados obtidos. Outros autores propuseram igualmente correlações deste tipo [14].

3.3 Ensaio de determinação do índice esclerométrico

Na figura 4 apresentam-se os valores da resistência à compressão no ensaio de referência versus o índice esclerométrico (Ir), indicador da dureza superficial. Para os resultados obtidos propõe-se uma função de correlação polinomial do tipo

fccubos = -0,32 × Ir2 + 36,1 × Ir – 898 (3)

80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 43.00 45.00 47.00 49.00 51.00 53.00 55.00 57.00 59.00 Índice Esclerométrico fc m ,cubos [ M Pa]

Figura 4: Resistência à compressão do BED vs índice esclerométrico.

4. CONCLUSÕES

Conclui-se ser possível definir curvas de correlação entre as grandezas medidas com os ensaios não-destrutivos adoptados e a resistência à compressão para o BED utilizado neste estudo. Estas curvas apresentam coeficientes de correlação elevados o que, provavelmente, está relacionado com a elevada homogeneidade do betão produzido, devido às suas características de elevada trabalhabilidade (S4).

As funções que melhor traduzem a correlação entre a resistência à compressão do betão e as grandezas medidas com os NDT adoptados não são as normalmente utilizadas para os betões correntes.

Finalmente, conclui-se que os NDT adoptados podem ser utilizados para controle de qualidade de elementos estruturais durante a fase de construção, podendo ainda ser utilizados na inspecção de estruturas existentes.

5. AGRADECIMENTOS

6. REFERÊNCIAS

[1] Pascale, G., Di Leo, A., Carli, R., “Evaluation of actual compressive strength of high strength concrete by NDT”, 15th WCNDT - World Conference on Non-Destructive Testing, Roma (Italia) 15-21 October 2000, 8 p.

[2] Cho, Y.S., “Non-destructive testing of high strength concrete using spectral analysis of surface waves”, NDT&E International, Vol. 36, Elsevier Applied Science Publishers, 2003, p. 229-235

[3] Pereira, J.P.V.V., Avaliação da Resistência à Compressão do Betão Através de Ensaios Não-Destrutivos, dissertação de Mestrado, DEC - FCTUC, Coimbra, 1999

[4] NP EN 197-1: Cimento. Parte 1: Composição, especificações e critérios de conformidade para cimentos correntes.

[5] Júlio, E.N.B.S. e Fernandes, P.A.L., “A Influência do Adjuvante na Resistência e na Trabalhabilidade de Betões de Elevados Desempenhos”. A apresentar em Construção 2004 – 2º Congresso Nacional da Construção, FEUP, Porto.

[6] NP EN 934-2: Adjuvantes para betão, argamassa e caldas de injecção. Parte 2: Adjuvantes para betão. Definições, requisitos, conformidade, marcação e rotulagem [7] Lourenço, J., Júlio, E., Maranha, P., Betões de Agregados Leves de Argila Expandida.

Guia para a sua utilização., APEB, 2004.

[8] NP EN 12390-1: Ensaios do betão endurecido. Parte 1: Forma, dimensões e outras exigências para o ensaio de provetes e para os moldes

[9] NP EN 12390-2: Ensaios do betão endurecido. Parte 2: Execução e cura dos provetes para ensaios de resistência mecânica

[10] NP EN 12390-3: Ensaios do betão endurecido. Parte 3: Resistência à compressão de provetes de ensaio

[11] NP EN 12504-1: Ensaio de betão nas estruturas. Parte 1: Carotes. Extracção, exame e ensaio à compressão

[12] NP EN 12504-2: Ensaio de betão nas estruturas. Parte 2: Ensaio não destrutivo. Determinação do índice esclerométrico

[13] NP EN 583: Ensaios não destrutivos: Ensaio por ultra-sons.

[14] Runkiewicz, L. e Runkiewicz, M., “Application of the ultrasonic and sclerometric methods for the assessment of the structures made of high-strength concrete”, 15th _{WCNDT - World Conference on Non-Destructive Testing, Roma (Italia) 15-21}