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CURVAS DE CORRELAÇÃO PARA CARACTERIZAR CONCRETOS USADOS NO RIO DE JANEIRO POR MEIO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Mauricio Dornellas Machado DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL. Aprovada por: ____________________________________________ Profª. Lídia da Conceição Domingues Shehata, Ph.D. ____________________________________________ Prof. Ibrahim Abd El Malik Shehata, Ph.D. ____________________________________________ Prof. Giuseppe Barbosa Guimarães, Ph.D. ____________________________________________ Prof. Ivan Ramalho de Almeida, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL SETEMBRO DE 2005 MACHADO, MAURICIO DORNELLAS Curvas de Correlação para Caracterizar Concretos Usados no Rio de Janeiro por Meio de Ensaios Não Destrutivos [Rio de Janeiro] 2005 XXIX, 265 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Civil, 2005) Dissertação - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE 1. Ensaios Não Destrutivos 2. Resistência do Concreto 3. Módulo de Elasticidade I. COPPE/UFRJ II. Título (série) II A toda a minha família, em especial ao meu pai e à minha mãe, sem os quais nada seria possível. III “Quem fala menos ouve melhor, e quem ouve melhor aprende mais.” André Luiz – Sinal Verde, 39 IV AGRADECIMENTOS Aos meus pais, Antônio e Marilda Machado, pelo amor, pela dedicação e pela confiança que sempre depositaram em mim, além dos belos exemplos deixados e dos valiosos ensinamentos transmitidos durante toda a minha vida. Aos meus irmãos, Márcio, Marcelo e Mauro, pela preciosa ajuda e, principalmente, pelo companheirismo e afeto sempre demonstrados. Ao meu sobrinho Gabriel que, com o seu nascimento, encheu as nossas vidas de muita luz e alegria. Ao restante da minha família, especialmente aos meus tios Guilbert e Maria Aparecida Peixoto, pelo apoio recebido e constante incentivo. Aos professores Ibrahim Shehata e Lídia Shehata pela atenção, ensinamentos, sugestões e correções efetuadas durante a execução deste trabalho. Aos amigos de ontem e de sempre e àqueles que surgiram ao longo deste período, especialmente a Fábio, Laurindo, Sérgio, Joatan, Gustavo, Ederli, Euler e João. Às minhas amigas Janine e Roberta, que me presentearam com carinho, atenção, confiança, paciência e muito bom humor, contribuindo muito para suavizar e tornar mais belo o caminho percorrido. Aos funcionários do laboratório de estruturas da COPPE-UFRJ, em especial ao Engº Santiago e aos técnicos José Maria e Manoel, pela cordialidade com que sempre me trataram e pelos serviços prestados durante a preparação e execução dos ensaios. À Esther Salazar, pela valiosa contribuição na análise estatística dos resultados obtidos. Ao Programa de Engenharia Civil da COPPE-UFRJ pela oportunidade oferecida. Às concreteiras Concretex, Engemix, Intermix, Lafarge, Redimix e à Holcim do Brasil pelo fornecimento dos concretos utilizados neste trabalho. Ao laboratório do IME, pela gentileza em ceder as suas dependências para a realização de alguns ensaios. V Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) CURVAS DE CORRELAÇÃO PARA CARACTERIZAR CONCRETOS USADOS NO RIO DE JANEIRO POR MEIO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Mauricio Dornellas Machado Setembro/2005 Orientadores: Lídia da Conceição Domingues Shehata Ibrahim Abd El Malik Shehata Programa: Engenharia Civil Os ensaios não destrutivos são uma importante ferramenta para obter informações quanto às propriedades do concreto das estruturas, seja durante a sua fase construtiva ou em estruturas prontas há algum tempo cujas condições se deseja investigar. Entretanto, a confiabilidade da avaliação dessas propriedades depende da experiência do profissional que realiza esses ensaios e das curvas empregadas para correlacionar as grandezas medidas nos ensaios com as propriedades do concreto investigado. Este estudo, dividido em duas fases, visou prover os engenheiros de curvas de correlação que os possibilitem estimar, por meio da utilização de ensaios não destrutivos e de maneira mais adequada do que a que vem sendo empregada, a resistência à compressão e o módulo de elasticidade dos concretos utilizados no Rio de Janeiro. Na primeira fase do estudo, foram ensaiados corpos-de-prova moldados com concretos usados em diversas obras da cidade do Rio de Janeiro, abrangendo-se concretos fornecidos por diferentes concreteiras. Esses concretos tinham, em geral, fck nominal de 25 MPa ou 30 MPa. Já na segunda etapa, objetivando-se englobar concretos com resistências mais variadas e os dois tipos de agregados graúdos típicos do Rio de Janeiro, foram ensaiados corpos-de-prova moldados nos laboratórios de dois grupos de concreteiras. Nestes concretos, variaram-se a relação água-cimento e a característica petrográfica do agregado graúdo. Foram realizados, ao todo, 400 ensaios de resistência à compressão, 400 ensaios de velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas (800 medições de velocidade), 400 ensaios de esclerometria (3600 medições do índice esclerométrico) em corpos-de-prova cilíndricos e 95 ensaios de penetração de pinos (380 disparos) em corpos-de-prova prismáticos, nas idades dos concretos de 3, 7, 14, 28 e 90 dias (1ª fase) ou de 3, 7, 14 e 28 dias (2ª fase). Aqui são apresentadas as curvas de correlação obtidas a partir da análise dos resultados de todos esses ensaios. VI Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) CORRELATION CURVES TO CHARACTERIZE CONCRETES USED IN RIO DE JANEIRO BY NON-DESTRUCTIVE TESTS Mauricio Dornellas Machado September/2005 Advisors: Lídia da Conceição Domingues Shehata Ibrahim Abd El Malik Shehata Department: Civil Engineering The non-destructive tests are an important tool for obtaining information about the properties of the concrete of the structures, during its constructive phase or in the investigation of the conditions of existing structures. However, the reliability of the evaluation of those properties depends on the experience of the professional that carries out the tests and the curves employed to correlate the measured values with the properties of the investigated concrete. The main objective of this study, divided into two phases, was to supply the engineers with correlation curves that make it possible to evaluate, by using non-destructive tests and in a more appropriate way than the one currently used, the compressive strength and the modulus of elasticity of the concretes used in Rio de Janeiro. In the first phase of the study, test specimens cast with concretes used in several constructions in Rio de Janeiro were tested, including concretes supplied by different ready mixed concrete producers. These concretes had, in general, nominal fck value of 25 MPa or 30 MPa. In the second stage, aiming to include concretes with strength varying within a wider range and the two types of typical coarse aggregates of Rio de Janeiro, test specimens cast in the laboratories of two groups of ready mixed concrete producers were tested. In these concretes, the water-cement ratio and the petrographic characteristic of the coarse aggregate were varied. In total, the following testswere carried out: 400 compressive strength tests, 400 ultrasonic pulse velocity tests (800 measurements of velocity), 400 rebound hammer tests (3600 measurements of rebound numbers) in standard cylindrical test specimens and 95 penetration resistance tests (380 shots) in prismatic test specimens, at the ages of the concretes of 3, 7, 14, 28 and 90 days (1st phase) or 3, 7, 14 and 28 days (2nd phase). The correlation curves obtained from the analysis of the results of all those tests are presented herein. VII ÍNDICE DO TEXTO 1 – INTRODUÇÃO..........................................................................................................1 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.....................................................................................5 2.1 – INTRODUÇÃO.....................................................................................................5 2.2 – AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO POR MEIO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS...................................................................6 2.3 - MÉTODO DE VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA- SÔNICAS.....................................................................................................................11 2.3.1 – DESCRIÇÃO DO MÉTODO..........................................................................11 2.3.2 – VANTAGENS E LIMITAÇÕES......................................................................14 2.3.3 – APLICAÇÕES................................................................................................15 2.3.4 – ACURÁCIA....................................................................................................15 2.3.5 – FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS DO ENSAIO...............17 2.3.5.1 – TIPO, TEOR, TAMANHO E GRADUAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO...17 2.3.5.2 – TIPO DE CIMENTO E ADITIVOS..............................................................23 2.3.5.3 – RELAÇÃO ÁGUA-CIMENTO.....................................................................26 2.3.5.4 – GRAU DE COMPACTAÇÃO......................................................................27 2.3.5.5 – CONDIÇÕES DE CURA E IDADE DO CONCRETO.................................28 2.3.5.6 – CONDIÇÕES DA SUPERFÍCIE.................................................................30 2.3.5.7 – TEMPERATURA........................................................................................31 2.3.5.8 – TEOR DE UMIDADE DO CONCRETO......................................................32 2.3.5.9 – DISTÂNCIA PERCORRIDA PELA ONDA ULTRA-SÔNICA, TAMANHO E FORMA DA PEÇA E FREQUÊNCIA NATURAL DOS TRANSDUTORES...............34 2.3.5.10 – INFLUÊNCIA DO ESTADO DE TENSÕES..............................................36 2.3.5.11 – INFLUÊNCIA DAS ARMADURAS............................................................36 2.3.6 – NORMALIZAÇÃO..........................................................................................41 VIII 2.3.7 – RECOMENDAÇÕES PARA OBTENÇÃO DAS CURVAS DE CORRELAÇÃO.........................................................................................................43 2.3.7.1 – RILEM NDT 1 (1972)…………………………………………………………...43 2.3.7.2 – ASTM C 597 (1983)………………………………………………………........45 2.3.7.3 – pr EN-ISO 8047 (1994)…………………………………………………..........45 2.3.7.4 – NM 58 (1996)……………………………………………………………………46 2.3.7.5 – ACI 228.1R (2003)……………………………………………………………...47 2.4 – MÉTODO DO ESCLERÔMETRO DE REFLEXÃO………………………………48 2.4.1 – DESCRIÇÃO DO MÉTODO……………………………………………………..48 2.4.2 – VANTAGENS E LIMITAÇÕES…………………………………………………..49 2.4.3 – APLICAÇÕES……………………………………………………………………..51 2.4.4 – ACURÁCIA………………………………………………………………………...51 2.4.5 – FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS…………………………53 2.4.5.1 – CONDIÇÕES DA SUPERFÍCIE DE ENSAIO……………………………...53 2.4.5.2 – TIPO E TEOR DE CIMENTO………………………………………………..54 2.4.5.3 – TIPO DE AGREGADO GRAÚDO…………………………………………...55 2.4.5.4 – DIREÇÃO DO ENSAIO……………………………………………………….58 2.4.5.5 – TAMANHO, FORMA E RIGIDEZ DA PEÇA A SER ENSAIADA………...59 2.4.5.6 – TIPO DE CURA E IDADE DO CONCRETO……………………………….59 2.4.5.7 – TIPO DE MATERIAL UTILIZADO NAS FÔRMAS………………………...60 2.4.6 – NORMALIZAÇÃO…………………………………………………………………60 2.4.7 – RECOMENDAÇÕES PARA OBTENÇÃO DAS CURVAS DE CORRELAÇÃO……………………………………………………………………………62 2.4.7.1 – RILEM NDT 3 (1984)………………………………………………………….62 2.4.7.2 – ASTM C 805 (1985)…………………………………………………………..63 2.4.7.3 – BS 1881:Part 202 (1986)……………………………………………………..63 2.4.7.4 – NBR 7584 (1995)……………………………………………………………...64 2.4.7.5 – NM 78 (1996)............................................................................................64 IX 2.4.7.6 – ACI 228.1R (2003)....................................................................................65 2.5 – MÉTODO DE PENETRAÇÃO DE PINOS..........................................................66 2.5.1 – DESCRIÇÃO DO MÉTODO..........................................................................66 2.5.2 – VANTAGENS E LIMITAÇÕES......................................................................67 2.5.3 – APLICAÇÕES................................................................................................68 2.5.4 – ACURÁCIA....................................................................................................69 2.5.5 – FATORES QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS DO ENSAIO...............71 2.5.5.1 – CONDIÇÕES DA SUPERFÍCIE...............................................................72 2.5.5.2 – TIPO, DUREZA E DIMENSÃO MÁXIMA DO AGREGADO GRAÚDO.....72 2.5.5.3 – TIPO DE PINO.........................................................................................75 2.5.5.4 – IDADE DO CONCRETO...........................................................................77 2.5.5.5 – VARIAÇÕES NA CARGA DE PÓLVORA................................................77 2.5.6 – NORMALIZAÇÃO..........................................................................................79 2.5.7 – RECOMENDAÇÕES PARA OBTENÇÃO DAS CURVAS DE CORRELAÇÃO.........................................................................................................80 2.5.7.1 – ASTM C 803 (1990)..................................................................................80 2.5.7.2 – BS 1881:Part 207 (1992)……………………………………………………..80 2.5.7.3 – ACI 228.1R (2003)…………………………………………………………….81 2.6 – MÉTODOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS COMBINADOS………………82 2.6.1–MÉTODO COMBINADO – VELOCIDADE DO ULTRA-SOM e ESCLEROMETRIA………………………………………………………………………..83 2.6.1.1 – VANTAGENS E LIMITAÇÕES………………………………………………85 2.6.1.2 – APLICAÇÕES………………………………………………………………….86 2.6.1.3 – ACURÁCIA…………………………………………………………………….87 2.6.1.4 – ESTABELECIMENTO DAS CURVAS ISO-RESISTENTES PARA O CONCRETO DE REFERÊNCIA………………………………………………………..88 3 – PROGRAMA EXPERIMENTAL………………………………………………………..90 3.1 – INTRODUÇÃO………………………………………………………………………..90 X 3.2 – CONCRETOS.....................................................................................................91 3.2.1 – 1ª FASE.........................................................................................................91 3.2.2 – 2ª FASE.........................................................................................................92 3.3 – MOLDAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA.........................................................96 3.3.1- 1ª FASE...........................................................................................................96 3.3.2 – 2ª FASE.........................................................................................................963.4 – IDADE DOS ENSAIOS.......................................................................................97 3.5 – TIPO DE CURA..................................................................................................97 3.6 – ENSAIOS REALIZADOS....................................................................................98 3.6.1 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO............................................98 3.6.1.1 – PROCEDIMENTO ADOTADO PARA OBTENÇÃO DE fcm......................98 3.6.2 – ENSAIO DE VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA- SÔNICAS..................................................................................................................99 3.6.2.1 – PROCEDIMENTO ADOTADO PARA OBTENÇÃO DA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA-SÔNICAS...................................................101 3.6.3 – ENSAIO DO ÍNDICE ESCLEROMÉTRICO.................................................102 3.6.3.1 – PROCEDIMENTO ADOTADO PARA OBTENÇÃO DO ÍNDICE ESCLEROMÉTRICO............................................................................................105 3.6.4 – ENSAIO DE PENETRAÇÃO DE PINOS.....................................................107 3.6.4.1 – PROCEDIMENTO ADOTADO PARA OBTENÇÃO DO COMPRIMENTO DE PENETRAÇÃO DO PINO...............................................................................108 3.7 – RESULTADOS OBTIDOS................................................................................113 3.7.1 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO..........................................113 3.7.1.1 – 1ª FASE..................................................................................................113 3.7.1.2 – 2ª FASE..................................................................................................118 3.7.2 – ENSAIO DA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA- SÔNICAS................................................................................................................124 3.7.2.1 – 1ª FASE..................................................................................................124 XI 3.7.2.2 – 2ª FASE..................................................................................................128 3.7.3 – ENSAIO DO ÍNDICE ESCLEROMÉTRICO.................................................133 3.7.3.1 – 1ª FASE..................................................................................................133 3.7.3.2 – 2ª FASE..................................................................................................138 3.7.4 – ENSAIO DE PENETRAÇÃO DE PINOS.....................................................143 3.7.4.1 – 1ª FASE..................................................................................................143 3.7.4.2 – 2ª FASE..................................................................................................148 3.7.5 – CONSIDERAÇÕES GERAIS......................................................................153 3.7.5.1 – 1ª FASE..................................................................................................153 3.7.5.2 – 2ª FASE..................................................................................................157 4 – ANÁLISE DOS RESULTADOS............................................................................161 4.1 – INTRODUÇÃO.................................................................................................161 4.2 – COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS REALIZADOS NA 2ª FASE...............................................................................................................162 4.3 – RELAÇÕES ENTRE AS GRANDEZAS MEDIDAS NOS ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO..........................................169 4.3.1 – CORRELAÇÃO ENTRE A VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA-SÔNICAS E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO.....................................169 4.3.2 – CORRELAÇÃO ENTRE O ÍNDICE ESCLEROMÉTRICO E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO...................................................................................................176 4.3.3 – CORRELAÇÃO ENTRE O COMPRIMENTO DE PENETRAÇÃO DO PINO E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO......................................................................182 4.3.4 – CONSIDERAÇÕES GERAIS......................................................................187 4.4 – CORRELAÇÃO ENTRE A VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA-SÔNICAS E O MÓDULO DE ELASTICIDADE ESTÁTICO..........................192 4.4.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS......................................................................198 4.5 – MÉTODOS COMBINADOS..............................................................................201 4.5.1 – MÉTODO COMBINADO I............................................................................201 XII 4.5.2 – MÉTODO COMBINADO II...........................................................................209 4.5.3 – MÉTODO COMBINADO III..........................................................................215 4.5.4 – CONSIDERAÇÕES GERAIS......................................................................221 5 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS..........................229 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................234 BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR...........................................................................238 APÊNDICE I................................................................................................................239 APÊNDICE II...............................................................................................................241 APÊNDICE III..............................................................................................................248 APÊNDICE IV..............................................................................................................261 APÊNDICE V...............................................................................................................263 XIII ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 – Formas de transmissão das ondas ultra-sônicas (Naik e Malhotra, 1991).............................................................................................................................13 Figura 2.2 – Influência do tipo de agregado graúdo na correlação entre o valor de V e a resistência à compressão do concreto (Sturrup et al, 1984).........................................19 Figura 2.3 – Influência do agregado graúdo na correlação entre o valor de V e a resistência à compressão do concreto (Sturrup et al, 1984).........................................20 Figura 2.4 – Influência da relação agregado graúdo-cimento na correlação entre o valor de V, e a resistência à compressão do concreto (Naik e Malhotra, 1991)...........21 Figura 2.5 – Influência da dimensão máxima do agregado graúdo na correlação entre o valor de V e a resistência à compressão do concreto (Sturrup et al, 1984)...............22 Figura 2.6 – Influência do tipo de cimento e da utilização de aditivos na correlação entre o valor de V e a resistência à compressão do concreto (Sturrup et al, 1984)......25 Figura 2.7 – Correlações entre o valor de V e a resistência à compressão de concretos com diferentes composições e ensaiados em diferentes idades (Sturrup et al, 1984).............................................................................................................................27 Figura 2.8 – Influência da temperatura de cura na correlação entre o valor de V e a resistência à compressão do concreto (Sturrup et al, 1984).........................................28 Figura 2.9 – Influência da idade na correlação entre ovalor de V e a resistência à compressão para concretos com diferentes tipos e teores de cimento submetidos a diferentes temperaturas de cura (Sturrup et al, 1984)...................................................30 Figura 2.10 – Influência do teor de umidade na correlação entre o valor de V e a resistência à compressão do concreto (Sturrup et al, 1984).........................................33 Figura 2.11 – Influência da armadura no percurso da onda ultra-sônica – Eixo da barra paralelo ao percurso (Bungey, 1984)............................................................................37 XIV Figura 2.12 – Influência da armadura no percurso da onda ultra-sônica – Eixo da barra perpendicular ao percurso (Bungey, 1984)...................................................................38 Figura 2.13 – Fatores de correção de V – Eixo da barra paralelo ao percurso da onda ultra-sônica (Bungey, 1984)..........................................................................................40 Figura 2.14 – Fatores de correção de V – Eixo da barra perpendicular ao percurso da onda ultra-sônica (Bungey, 1984).................................................................................41 Figura 2.15 – Representação esquemática do ensaio de esclerometria (ACI 228.1R, 2003).............................................................................................................................49 Figura 2.16 – Marcas superficiais em corpos-de-prova de concreto de baixa idade, após o impacto do esclerômetro (Malhotra, 1991)........................................................50 Figura 2.17 – Coeficientes de variação em função das médias dos valores de IE (ACI 228.1R, 2003)................................................................................................................52 Figura 2.18 – Influência do tipo de agregado graúdo na relação entre a resistência à compressão e o índice esclerométrico (Neville, 1997)..................................................55 Figura 2.19 – Efeito dos seixos com origens diferentes na relação entre fc e IE (Malhotra, 1991)............................................................................................................56 Figura 2.20 – Posicionamento dos pontos de medição em CP cilíndricos e cúbicos (NDT 3, 1984)................................................................................................................62 Figura 2.21 – Coeficientes de variação em função das médias dos valores de penetração dos pinos (ACI 228.1R, 2003)....................................................................70 Figura 2.22 – Influência da dureza do agregado graúdo sobre a relação entre a profundidade de penetração de pinos e a resistência à compressão do concreto (ACI 228.1R, 2003)................................................................................................................73 Figura 2.23 – Influência do tipo de agregado graúdo na relação entre o comprimento exposto e a resistência à compressão aos 28 dias (Malhotra e Carette, 1991)............74 Figura 2.24 – Diferenças entre o pino padrão e o pino modificado (Al-Manaseer e Aquino, 1999)................................................................................................................75 Figura 2.25 – “Windsor probe test” – Novos tipos de pino (NDT, 2005).......................76 XV Figura 2.26 – Exemplo de um ábaco obtido através do método SONREB (Samarin, 1991).............................................................................................................................84 Figura 3.1 – Ensaio de resistência à compressão........................................................99 Figura 3.2 – Equipamento utilizado no ensaio de velocidade.....................................100 Figura 3.3 – Calibração do equipamento....................................................................100 Figura 3.4 – Ensaio de velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas................101 Figura 3.5 – Equipamento utilizado no ensaio do IE...................................................104 Figura 3.6 – Calibração do equipamento...................................................................104 Figura 3.7 – Posicionamento dos pontos de medição no CP cilíndrico.....................105 Figura 3.8 – Ensaio de esclerometria..........................................................................107 Figura 3.9 – Equipamentos utilizados no ensaio de penetração de pinos..................108 Figura 3.10 – Posicionamento dos pinos no CP prismático........................................111 Figura 3.11 – Ensaio de penetração de pinos.............................................................112 Figura 3.12 – Medição dos comprimentos expostos dos pinos...................................112 Figura 3.13 – Evolução de fc com a idade – Grupo I...................................................115 Figura 3.14 – Evolução de fc com a idade – Grupo II..................................................115 Figura 3.15 – Evolução de fc com a idade – Grupo III.................................................115 Figura 3.16 – Relação fcj / fc28 em função da idade – Grupo I......................................116 Figura 3.17 – Relação fcj / fc28 em função da idade – Grupo II.....................................116 Figura 3.18 – Relação fcj / fc28 em função da idade – Grupo III....................................116 Figura 3.19 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de fc – Grupo I.....................117 Figura 3.20 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de fc – Grupo II....................117 Figura 3.21 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de fc – Grupo III...................117 Figura 3.22 – Evolução de fc com a idade – Grupo A (Gnaisse).................................121 Figura 3.23 – Evolução de fc com a idade – Grupo B (Sienito)...................................121 Figura 3.24 – Evolução de fc com a idade – Grupo B (Gnaisse).................................121 Figura 3.25 – Relação fcj / fc28 em função da idade – Grupo A (Gnaisse)....................122 Figura 3.26 – Relação fcj / fc28 em função da idade – Grupo B (Sienito)......................122 XVI Figura 3.27 – Relação fcj / fc28 em função da idade – Grupo B (Gnaisse)....................122 Figura 3.28 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de fc – Grupo A (Gnaisse)...123 Figura 3.29 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de fc – Grupo B (Sienito).....123 Figura 3.30 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de fc – Grupo B (Gnaisse)...123 Figura 3.31 – Evolução de V com a idade – Grupo I...................................................125 Figura 3.32 – Evolução de V com a idade – Grupo II..................................................125 Figura 3.33 – Evolução de V com a idade – Grupo III.................................................125 Figura 3.34 – Relação Vj / V28 em função da idade – Grupo I.....................................126 Figura 3.35 – Relação Vj / V28 em função da idade – Grupo II....................................126 Figura 3.36 – Relação Vj / V28 em função da idade – Grupo III...................................126 Figura 3.37 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de V – Grupo I....................127 Figura 3.38 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de V – Grupo II...................127 Figura 3.39 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de V – Grupo III..................127 Figura 3.40 – Evolução de V com a idade – Grupo A (Gnaisse)................................130 Figura 3.41 – Evolução de V com a idade – Grupo B (Sienito)..................................130 Figura 3.42 – Evolução de V com a idade – Grupo B (Gnaisse)................................130 Figura 3.43 – Relação Vj / V28 em função da idade – Grupo A (Gnaisse)...................131 Figura 3.44 – Relação Vj / V28 em função da idade – Grupo B (Sienito).....................131Figura 3.45 – Relação Vj / V28 em função da idade – Grupo B (Gnaisse)...................131 Figura 3.46 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de V – Grupo A (Gnaisse)..132 Figura 3.47 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de V – Grupo B (Sienito)....132 Figura 3.48 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de V – Grupo B (Gnaisse)..132 Figura 3.49 – Evolução do índice esclerométrico com a idade – Grupo I...................135 Figura 3.50 – Evolução do índice esclerométrico com a idade – Grupo II..................135 Figura 3.51 – Evolução do índice esclerométrico com a idade – Grupo III.................135 Figura 3.52 – Relação IEj / IE28 em função da idade – Grupo I...................................136 Figura 3.53 – Relação IEj / IE28 em função da idade – Grupo II..................................136 Figura 3.54 – Relação IEj / IE28 em função da idade – Grupo III.................................136 XVII Figura 3.55 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de IE – Grupo I...................137 Figura 3.56 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de IE – Grupo II..................137 Figura 3.57 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de IE – Grupo III.................137 Figura 3.58 – Evolução do índice esclerométrico com a idade – Grupo A (Gnaisse).....................................................................................................................140 Figura 3.59 – Evolução do índice esclerométrico com a idade – Grupo B (Sienito)...140 Figura 3.60 – Evolução do índice esclerométrico com a idade – Grupo B (Gnaisse).....................................................................................................................140 Figura 3.61 – Relação IEj / IE28 em função da idade – Grupo A (Gnaisse).................141 Figura 3.62 – Relação IEj / IE28 em função da idade – Grupo B (Sienito)...................141 Figura 3.63 – Relação IEj / IE28 em função da idade – Grupo B (Gnaisse).................141 Figura 3.64 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de IE – Grupo A (Gnaisse).....................................................................................................................142 Figura 3.65 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de IE – Grupo B (Sienito)...142 Figura 3.66 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de IE – Grupo B (Gnaisse).....................................................................................................................142 Figura 3.67 – Variação de Lp com a idade – Grupo I..................................................145 Figura 3.68 – Variação de Lp com a idade – Grupo II.................................................145 Figura 3.69 – Variação de Lp com a idade – Grupo III................................................145 Figura 3.70 – Relação Lpj / Lp28 em função da idade – Grupo I..................................146 Figura 3.71 – Relação Lpj / Lp28 em função da idade – Grupo II.................................146 Figura 3.72 – Relação Lpj / Lp28 em função da idade – Grupo III................................146 Figura 3.73 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de penetração de pinos – Grupo I.........................................................................................................................147 Figura 3.74 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de penetração de pinos – Grupo II........................................................................................................................147 Figura 3.75 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de penetração de pinos – Grupo III.......................................................................................................................147 XVIII Figura 3.76 – Variação de Lp com a idade – Grupo A (Gnaisse)................................150 Figura 3.77 – Variação de Lp com a idade – Grupo B (Sienito)..................................150 Figura 3.78 – Variação de Lp com a idade – Grupo B (Gnaisse)................................150 Figura 3.79 – Relação Lpj / Lp28 em função da idade – Grupo A (Gnaisse)................151 Figura 3.80 – Relação Lpj / Lp28 em função da idade – Grupo B (Sienito)..................151 Figura 3.81 – Relação Lpj / Lp28 em função da idade – Grupo B (Gnaisse)................151 Figura 3.82 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de penetração de pinos – Grupo A (Gnaisse).......................................................................................................152 Figura 3.83 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de penetração de pinos – Grupo B (Sienito).........................................................................................................152 Figura 3.84 – Valores dos CV encontrados nos ensaios de penetração de pinos – Grupo B (Gnaisse).......................................................................................................152 Figura 4.1 – Comparação entre os valores de fc encontrados na 2ª fase...................165 Figura 4.2 – Comparação entre os valores de V encontrados na 2ª fase...................166 Figura 4.3 – Comparação entre os valores de IE encontrados na 2ª fase..................167 Figura 4.4 – Comparação entre os valores de Lp encontrados na 2ª fase.................168 Figura 4.5 – Análise dos resíduos da correlação V x fc...............................................174 Figura 4.6 – Curva de correlação entre V e fc.............................................................174 Figura 4.7 – Comparação entre as curvas (V x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho – 1ª parte....................................................................175 Figura 4.8 – Comparação entre as curvas (V x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho – 2ª parte....................................................................175 Figura 4.9 – Análise dos resíduos da correlação IE x fc..............................................180 Figura 4.10 – Curva de correlação entre IE e fc..........................................................180 Figura 4.11 – Comparação entre as curvas (IE x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho – 1ª parte....................................................................181 Figura 4.12 – Comparação entre as curvas (IE x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho – 2ª parte....................................................................181 XIX Figura 4.13 – Análise dos resíduos da correlação Lp x fc...........................................185 Figura 4.14 – Curva de correlação entre Lp e fc..........................................................185 Figura 4.15 – Comparação entre as curvas (Lp x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho.....................................................................................185 Figura 4.16 – Análise dos resíduos da correlação V x Ec...........................................186 Figura 4.17 – Curva de correlação entre V e Ec..........................................................196 Figura 4.18 – Comparação entre as curvas (V x Ec) propostas por Rodrigues (2003) e a curva proposta neste trabalho..................................................................................197 Figura 4.19 – Análise dos resíduos da correlação V x IE x fc......................................205 Figura 4.20 – Curva de correlação entre V, IE e fc – Modelo a...................................205 Figura 4.21 – Curva de correlação entre V, IE e fc – Modelo b...................................206 Figura 4.22 – Curva de correlação entre V, IE e fc – Modelo c...................................206 Figura 4.23 – Comparação entre as curvas (V x IE x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho – V = 3,7 km/s..........................................................207 Figura 4.24 – Comparaçãoentre as curvas (V x IE x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho – V = 4,2 km/s..........................................................207 Figura 4.25 – Comparação entre as curvas (V x IE x fc) propostas por outros autores e a curva proposta neste trabalho – V = 4,7 km/s..........................................................208 Figura 4.26 – Análise dos resíduos da correlação V x Lp x fc.....................................212 Figura 4.27 – Curva de correlação entre V, Lp e fc.....................................................213 Figura 4.28 – Comparação entre a curva (V x Lp x fc) proposta por Evangelista (2002) e a curva proposta neste trabalho – V = 3,7 km/s.......................................................213 Figura 4.29 – Comparação entre a curva (V x Lp x fc) proposta por Evangelista (2002) e a curva proposta neste trabalho – V = 4,2 km/s.......................................................214 Figura 4.30 – Comparação entre a curva (V x Lp x fc) proposta por Evangelista (2002) e a curva proposta neste trabalho – V = 4,7 km/s.......................................................214 Figura 4.31 – Análise dos resíduos da correlação IE x Lp x fc....................................218 Figura 4.32 – Curva de correlação entre IE, Lp e fc....................................................219 XX Figura 4.33 – Comparação entre a curva (IE x Lp x fc) proposta por Evangelista (2002) e a curva proposta neste trabalho – IE = 23................................................................219 Figura 4.34 – Comparação entre a curva (IE x Lp x fc) proposta por Evangelista (2002) e a curva proposta neste trabalho – IE = 34................................................................220 Figura 4.35 – Comparação entre a curva (IE x Lp x fc) proposta por Evangelista (2002) e a curva proposta neste trabalho – IE = 45................................................................220 Figura I.1 – Determinação da velocidade de propagação da onda ultra-sônica utilizando a transmissão indireta (Pundit Manual, 1994).............................................240 Figura II.1 – Transformação de variáveis para a relação V x fc...................................247 Figura II.2 – Transformação de variáveis para a relação IE x fc..................................247 Figura IV.1 – Correlação entre V e fc – Modelo linear.................................................261 Figura IV.2 – Correlação entre IE e fc – Modelo linear................................................261 Figura IV.3 – Correlação entre Lp e fc – Modelo linear...............................................262 Figura IV.4 – Correlação entre V e Ec – Modelo linear................................................262 Figura V.1 – Comparação entre as curvas V x fc – Concretos da 2ª fase...................265 Figura V.2 – Comparação entre as curvas IE x fc – Concretos da 2ª fase..................265 Figura V.3 – Comparação entre as curvas Lp x fc – Concretos da 2ª fase.................265 XXI ÍNDICE DE TABELAS Tabela 2.1 – Valores de CV para o ensaio de velocidade de propagação da onda ultra- sônica (ACI 228.1R, 2003)............................................................................................16 Tabela 2.2 – Intervalos dos valores de V para alguns tipos de rocha (Chung e Law, 1983).............................................................................................................................19 Tabela 2.3 – Correções para o valor de V devido a variações de temperatura (RILEM NDT 1, 1972).................................................................................................................31 Tabela 2.4 – Escolha da freqüência natural do transdutor, de acordo com as dimensões da peça a ser ensaiada (RILEM NDT 1, 1972)...........................................35 Tabela 2.5 – Fatores de correção dos valores de V – Eixo da barra paralelo ao percurso da onda ultra-sônica (RILEM NDT 1, 1972)...................................................38 Tabela 2.6 – Fatores de correção dos valores de V – Eixo da barra perpendicular ao percurso da onda ultra-sônica (RILEM NDT 1, 1972)...................................................39 Tabela 2.7 – Comparação entre os procedimentos adotados por diversas normas para o ensaio de velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas....................................42 Tabela 2.8 – Valores de correção do IE – Casos em que o aparelho não é utilizado na posição horizontal (DIGI-SCHIMIDT MANUAL)............................................................58 Tabela 2.9 – Comparação entre os procedimentos adotados por diversas normas para o ensaio do índice esclerométrico.................................................................................61 Tabela 2.10 – Valores médios de CV em função da dimensão máxima do agregado utilizado (ACI 228.1R, 2003).........................................................................................70 Tabela 2.11 – Comparação entre os procedimentos adotados por 2 normas para o ensaio de penetração de pinos.....................................................................................79 Tabela 2.12 – Maiores valores dos coeficientes de determinação encontrados nas relações fc x V, fc x IE e fc x V x IE.................................................................................88 Tabela 3.1 – Identificação das amostras de concreto utilizadas na 1ª fase..................92 XXII Tabela 3.2 – Composição por m3 dos concretos fornecidos pela concreteira A...........93 Tabela 3.3 – Composição por m3 dos concretos fornecidos pela concreteira B (Lote 1)...................................................................................................................................94 Tabela 3.4 – Composição por m3 dos concretos fornecidos pela concreteira B (Lote 2)...................................................................................................................................95 Tabela 3.5 – Quantidade de CP moldados para cada relação água-cimento...............96 Tabela 3.6 – Procedimento para obtenção de fcm (1ª fase)...........................................98 Tabela 3.7 – Procedimento para obtenção do valor da velocidade............................102 Tabela 3.8 – Procedimento para a obtenção do valor de K........................................103 Tabela 3.9 – Procedimento para obtenção do valor de IE..........................................106 Tabela 3.10 – Procedimento para obtenção do valor de Lp........................................110 Tabela 3.11 – Cálculo do coeficiente de variação dos valores de Le..........................110 Tabela 3.12 – Resultados de fcj e fcj / fc28 dos concretos ensaiados na 1ª fase...........114 Tabela 3.13 – Resultados fcj e fcj / fc28 dos concretos ensaiados na 2ª fase................120 Tabela 3.14 – Resultados de Vj e Vj / V28 dos concretos ensaiados na 1ª fase..........124 Tabela 3.15 – Resultados de Vj e Vj / V28 dos concretos ensaiados na 2ª fase..........129 Tabela 3.16 – Resultados de IEj e IEj / IE28 dos concretos ensaiados na 1ª fase.......134 Tabela 3.17 – Resultados de IEj e IEj / IE28 dos concretos ensaiados na 2ª fase.......139 Tabela 3.18 – Resultados de Lpj e Lpj / Lp28 dos concretos ensaiados na 1ª fase.....144 Tabela 3.19 – Resultados de Lpj e Lpj / Lp28 dos concretos ensaiados na 2ª fase.....149 Tabela 3.20 – Faixa de variação dos resultados de fcj, Vj, IEj e Lpj dos concretos ensaiados na 1ª fase...................................................................................................156 Tabela 3.21 – Faixa de variação dos resultados de fcj / fc28, Vj / V28, IEj / IE28 e Lpj / Lp28 dos concretos ensaiados na 1ª fase............................................................................156 Tabela 3.22 – Faixa de variação dos resultadosde fcj, Vj, IEj e Lpj dos concretos ensaiados na 2ª fase...................................................................................................160 Tabela 3.23 – Faixa de variação dos resultados de fcj / fc28, Vj / V28, IEj / IE28 e Lpj / Lp28 dos concretos ensaiados na 2ª fase............................................................................160 XXIII Tabela 4.1 – Composição volumétrica dos concretos ensaiados na 2ª fase..............164 Tabela 4.2 – Resultados de r2 e Sres obtidos no estudo de regressão não linear simples para a relação V x fc....................................................................................................170 Tabela 4.3 – Equações propostas por diversos autores para a correlação V x fc.......173 Tabela 4.4 – Resultados de r2 e Sres obtidos no estudo de regressão não linear simples para a relação IE x fc...................................................................................................176 Tabela 4.5 – Equações propostas por diversos autores para a correlação IE x fc......179 Tabela 4.6 – Resultados de r2 e Sres obtidos no estudo de regressão não linear simples para a relação Lp x fc...................................................................................................182 Tabela 4.7 – Equações propostas por outros autores para a correlação Lp x fc.........184 Tabela 4.8 – Expressões propostas e valores de r2 e α para as relações V x fc, IE x fc e Lp x fc...........................................................................................................................187 Tabela 4.9 – Classificação dos valores de r2 (Papadakis e Venaut, 1969).................189 Tabela 4.10 – Expressões para o cálculo dos valores de fc,sup e fc,inf para as relações V x fc, IE x fc e Lp x fc...................................................................................................190 Tabela 4.11 – Resultados de r2 e de Sres obtidos no estudo de regressão não linear simples para a relação V x Ec......................................................................................192 Tabela 4.12 – Equações propostas por Rodrigues (2003) para a correlação V x Ec.................................................................................................................................195 Tabela 4.13 – Expressões propostas e valores de r2 e α para a relação V x Ec.........198 Tabela 4.14 – Expressões para o cálculo dos valores de Ec,sup e Ec,inf para a relação V x Ec...........................................................................................................................199 Tabela 4.15 – Resultados obtidos no estudo de regressão não linear múltipla para a relação V x IE x fc – Método STEPWISE.....................................................................202 Tabela 4.16 – Equações propostas por diversos autores para a relação V x IE x fc..................................................................................................................................203 Tabela 4.17 – Resultados obtidos no estudo de regressão não linear múltipla para a relação V x Lp x fc – Método STEPWISE....................................................................210 XXIV Tabela 4.18 – Equações propostas por Evangelista (2002) para a relação V x Lp x fc....................................................................................................................211 Tabela 4.19 – Resultados obtidos no estudo de regressão não linear múltipla para a relação IE x Lp x fc – Método STEPWISE...................................................................216 Tabela 4.20 – Equações propostas por Evangelista (2002) para a relação IE x Lp x fc...................................................................................................................217 Tabela 4.21 – Expressões propostas e valores de R2 e de α para as relações V x IE x fc, V x Lp x fc e IE x Lp x fc..............................................................................221 Tabela 4.22 – Comparação entre os valores dos coeficientes de determinação (r2 ou R2), Sres, α e de β encontrados nas diversas relações estudadas...................222 Tabela 4.23 – Resumo da análise dos erros relativos cometidos por uma determinada relação na estimativa de fc..........................................................................................224 Tabela 4.24 – Expressões para o cálculo de fc,sup e fc,inf para as relações V x IE x fc, V x Lp x fc e IE x Lp x fc...............................................................................................226 Tabela 4.25 – Comparação entre os intervalos de predição de 95% das diversas relações estudadas.....................................................................................................227 Tabela III.1 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações V x fc, IE x fc e V x IE x fc (continua)............................................................................249 Tabela III.1 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações V x fc, IE x fc e V x IE x fc (continua)............................................................................250 Tabela III.1 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações V x fc, IE x fc e V x IE x fc (continuação).......................................................................251 Tabela III.2 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações V x fc, Lp x fc e V x Lp x fc (continua)...........................................................................252 Tabela III.2 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações V x fc, Lp x fc e V x Lp x fc (continua)...........................................................................253 Tabela III.2 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações V x fc, Lp x fc e V x Lp x fc (continuação).....................................................................254 XXV Tabela III.3 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações IE x fc, Lp x fc e IE x Lp x fc (continua).........................................................................255 Tabela III.3 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações IE x fc, Lp x fc e IE x Lp x fc (continua).........................................................................256 Tabela III.3 – Comparação entre os erros cometidos na estimativa de fc pelas relações IE x fc, Lp x fc e IE x Lp x fc (continuação)...................................................................257 Tabela III.4 – Erros cometidos na estimativa de Ec pela relação V x Ec (continua)....258 Tabela III.4 – Erros cometidos na estimativa de Ec pela relação V x Ec (continua)....259 Tabela III.4 – Erros cometidos na estimativa de Ec pela relação V x Ec (continuação)...............................................................................................................260 Tabela V.1 – Comparação entre os valores de r2 e de α, obtidos pelas relações V x fc, IE x fc e Lp x fc para os concretos ensaiados na 2ª fase............................................264 XXVI LISTA DE SÍMBOLOS Letras Romanas a → Constante. a/c → Relação água-cimento. b → Constante. c → Constante. CP → Corpo(s)-de-prova. Ct → Fator de correção – Método SONREB. CV → Coeficiente de variação. CVm → Coeficiente de variação médio. d → Diâmetro da barra de aço. d' → Diâmetro da barra cilíndrica de referência - Ensaio do IE. D → Diferença entre o valor de M e o valor de Le de cada pino metálico. Dmáx → Dimensão máxima do agregado graúdo. Ec → Módulo de elasticidade estático. Ec,inf → Limite inferior do intervalo de predição de 95%. Ec,sup → Limite superiordo intervalo de predição de 95%. Ed → Módulo de elasticidade dinâmico. f → Freqüência de vibração. fc → Resistência à compressão do concreto. fc,cil → Resistência à compressão obtida por meio de ensaios realizados em corpos-de- prova cilíndricos. fc,cubo → Resistência à compressão obtida por meio de ensaios realizados em corpos- de-prova cúbicos. fc,inf → Limite inferior do intervalo de predição de 95%. XXVII fcm → Resistência à compressão média do concreto. fc,sup → Limite superior do intervalo de predição de 95%. IE → Índice esclerométrico. IEef. → Índice esclerométrico efetivo. IEi → Índice esclerométrico obtido de cada impacto na bigorna de aço. IEnom → Índice esclerométrico nominal. K → Coeficiente de correção – Ensaio do IE. ℓ → Comprimento dos corpos-de-prova. ℓ’ → Comprimento da barra cilíndrica de referência – Ensaio do IE. L → Distância entre os transdutores. Le → Comprimento exposto do pino metálico. Lem → Média aritmética entre os 3 valores de Le restantes. Ln → Leituras efetuadas na bigorna de aço ou no CP – Ensaio do IE. Lp → Comprimento de penetração do pino metálico. M → Média aritmética entre os 4 valores de Le. n → Número de impactos na bigorna de aço – Ensaio do IE. N → Número de valores válidos – Ensaio do IE. Nnd → Número de ensaios não destrutivos. NR → Número de ensaios de resistência à compressão. r → Coeficiente de correlação. r2 → Coeficiente de determinação – Regressão não linear simples. R2 → Coeficiente de determinação – Regressão não linear múltipla. Sres → Desvio padrão residual. t → Tempo de propagação da onda ultra-sônica entre os transdutores. ta → Tempo de trânsito da onda ultra-sônica através dos agregados. tc → Tempo de trânsito da onda ultra-sônica através do concreto. XXVIII tp → Tempo de trânsito da onda ultra-sônica através da pasta de cimento. V → Velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas. Vc → Velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas no concreto. Ve → Velocidade de propagação efetiva de ondas ultra-sônicas no concreto armado. X → Diferença, em porcentagem, entre o erro relativo encontrado num método combinado e os encontrados nos respectivos métodos isolados. Y → Número ou percentagem de casos em que uma determinada relação apresentou a menor diferença entre os valores estimados e observados de fc. Letras Gregas α → Parâmetro estatístico (Ver item 4.3.4). β → Diferença, em porcentagem, entre o valor de α encontrado num método combinado e os encontrados nos respectivos métodos isolados. δnd → Coeficiente de variação dos ensaios não destrutivos. δR → Coeficiente de variação dos ensaios de resistência à compressão. γ → Diferença entre o maior e o menor valor de cada grandeza medida ou relação obtida, levando-se em conta todos os concretos que compuseram um determinado grupo. γm → Média aritmética das diferenças entre os valores obtidos nas idades de 90 (ou 28) e 3 dias, de cada um dos concretos que compuseram um determinado grupo. λ → Comprimento da onda. µ → Coeficiente de Poisson dinâmico. ρ → Massa específica. XXIX CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO O dimensionamento de estruturas de concreto armado está diretamente relacionado com a resistência do concreto à compressão. Esta propriedade mecânica de fundamental importância no cálculo estrutural é definida como sendo a resistência à compressão adquirida pelo material em condições controladas de temperatura e umidade, numa determinada idade. A comprovação de que o concreto utilizado na execução da estrutura atende as exigências estabelecidas no projeto é feita a partir de ensaios de resistência à compressão geralmente aos 28 dias em corpos-de-prova cilíndricos ou cúbicos, sendo estes moldados, curados e rompidos de acordo com as normas técnicas vigentes em cada país. Embora confiáveis e mundialmente aceitos, esses ensaios apresentam a desvantagem dos corpos-de-prova não representarem de maneira fidedigna o concreto existente na estrutura, devido às diferentes condições de lançamento, compactação e cura. A necessidade de se avaliar a resistência do material in situ em idades inferiores à de 28 dias, por motivos inerentes às etapas construtivas, ou em idades muito superiores à da execução da obra, para avaliar a necessidade de se efetuar reparos e/ou reforços, aliada à falta de uma correspondência mais realista entre o material ensaiado (em corpos-de-prova padrão) e o material da estrutura, têm incentivado o desenvolvimento e o aperfeiçoamento de ensaios destrutivos e não destrutivos para avaliação da resistência à compressão do concreto. 1 INTRODUÇÃO Um ensaio destrutivo bastante difundido é a extração de testemunhos, que consiste na retirada de amostras de concreto in situ e seu posterior rompimento em ensaios de compressão. Tal ensaio apresenta as desvantagens de ser oneroso e da restrição dos locais de retirada das amostras, para que não se comprometa a estabilidade da estrutura existente. Devido a isso, o número de amostras coletadas é relativamente pequeno, não permitindo um completo mapeamento dos níveis de resistência do concreto da estrutura. A utilização de ensaios não destrutivos surge, então, como uma opção alternativa, uma vez que a peça estrutural a ser avaliada não sofre dano algum ou pequenos danos facilmente reparáveis, que não comprometem o seu desempenho, o que permite uma maior quantidade de ensaios. Esses ensaios, entretanto, devem ser realizados seguindo procedimentos adequados e seus resultados analisados com cuidado, uma vez que eles são afetados por diversos fatores, sendo alguns deles relacionados com a própria resistência à compressão do concreto, enquanto outros são inerentes ao próprio ensaio. Existe o consenso de que a obtenção de resultados mais confiáveis está relacionada com a utilização de curvas de correlação adequadas, desenvolvidas para o tipo de concreto em questão. Sendo assim, a obtenção de curvas de correlação que melhor se ajustem aos concretos utilizados atualmente na cidade do Rio de Janeiro constituiu-se no principal objetivo deste trabalho. Neste trabalho são abordados os seguintes ensaios não destrutivos: • Método da velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, que relaciona a velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas com a resistência à compressão ou com o módulo de elasticidade estático do concreto. • Método do esclerômetro de reflexão, que relaciona a dureza superficial do concreto com a sua resistência à compressão. 2 INTRODUÇÃO • Método de penetração de pinos, que relaciona o valor de penetração de um pino metálico com a resistência à compressão do concreto. O relato do trabalho desenvolvido está organizado em 5 capítulos. No Capítulo 2, é feita uma abordagem sobre os ensaios não destrutivos empregados nesta pesquisa, enfocando, entre outros aspectos, os fatores que influenciam as relações entre as grandezas obtidas nos ensaios não destrutivos e a resistência à compressão do concreto e as recomendações de diversas normas para a obtenção dessas relações. O programa experimental, dividido em duas fases, é apresentado no Capítulo 3. Na 1ª fase foram ensaiados concretos fornecidos por 5 concreteiras atuantes nas cidades do Rio de Janeiro e Niterói, nas idades de 3, 7, 14, 28 e 90 dias. Na 2ª fase, objetivando-se englobar concretos com resistências mais variadas e os dois tipos de agregados graúdos típicos do Rio de Janeiro, foram ensaiados corpos-de-prova moldados nos laboratórios de dois grupos de concreteiras, nas idades de 3, 7, 14 e 28 dias. No Capítulo 4 são apresentadas as análises dos resultados obtidos e as curvas de correlação propostas, juntamente com os seus respectivos intervalos de confiança e de predição. As conclusões gerais da pesquisa e as sugestões para o seu prosseguimento estão no Capítulo 5. No Apêndice I encontra-sea descrição do procedimento a ser adotado na determinação da velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, utilizando-se a transmissão indireta. No Apêndice II, visando facilitar o entendimento do trabalho, constam as definições e os procedimentos estatísticos empregados neste trabalho. Nas tabelas III.1 a III.3 do Apêndice III, são feitas comparações entre os valores de fc estimados por cada uma das expressões propostas e os valores de fc 3 INTRODUÇÃO obtidos por meio dos ensaios de resistência à compressão em corpos-de-prova cilíndricos, enquanto que na tabela III.4 são feitas comparações entre os valores dos módulos de elasticidade estático (Ec) estimados pela expressão proposta e os valores de Ec obtidos experimentalmente por Nunes (2005). O termo “método isolado” foi adotado neste trabalho para designar a correlação entre os resultados obtidos de um único ensaio não destrutivo e a resistência à compressão ou o módulo de elasticidade estático do concreto. No Apêndice IV encontram-se os gráficos, empregando-se o modelo de curva linear, de cada um dos métodos isolados utilizados. A decisão de incluí-los neste trabalho deve-se ao fato de que os valores dos parâmetros estatísticos (r2 e a) encontrados nos modelos lineares não apresentaram uma diferença significativa em relação aos encontrados nos modelos não lineares que melhor se ajustaram aos dados experimentais obtidos. Um breve estudo, buscando avaliar qual dos 3 métodos isolados utilizados na estimativa da resistência à compressão do concreto foi o mais influenciado pelas alterações na composição dos concretos ensaiados na 2ª fase, é apresentado no Apêndice V. 4 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 – INTRODUÇÃO Ensaios não destrutivos e semi-destrutivos são aqueles que podem ser usados para avaliar o elemento estrutural in situ, e se houver danos ao elemento durante a execução dos ensaios, estes danos não deverão prejudicar a sua aparência e nem o seu desempenho. Os ensaios não destrutivos podem ser classificados em duas categorias: → Aqueles que fazem a medição de alguma propriedade do concreto, a partir da qual pode-se estimar a resistência, durabilidade e propriedades elásticas do material. → Aqueles que tentam determinar posições, tamanho e condições das armaduras, áreas de mau adensamento, vazios, fissuras e teor de umidade do concreto na estrutura. Os ensaios não destrutivos oferecem vantagens significativas no que diz respeito à velocidade de execução, custo e ausência de danos à estrutura em relação aos ensaios que requerem a remoção de amostras para um posterior exame. Eles permitem a realização de uma maior quantidade de ensaios, possibilitando, assim, uma investigação mais abrangente da estrutura em estudo. Outra vantagem que merece destaque é a imediata disponibilidade de resultados que eles propiciam. Os ensaios não destrutivos podem ser aplicados tanto em estruturas novas quanto em estruturas existentes há algum tempo. Nas estruturas novas, eles podem ser empregados no monitoramento da evolução da resistência e para dirimir dúvidas 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA sobre os processos executivos ou a qualidade dos materiais empregados durante a construção. No caso de estruturas mais antigas, eles são empregados na avaliação de sua integridade ou da capacidade de resisitir à novas solicitações (BS 1881:Part 201, 1986). Segundo essa norma, os ensaios não destrutivos devem ser utilizados, dentre outras, nas seguintes circunstâncias: → Monitoramento da evolução da resistência, visando determinar o tempo ideal para a remoção de fôrmas, duração do período de cura e aplicação de protensão ou cargas. → Localização e determinação da extensão de fissuras, vazios e falhas de concretagem. → Determinação da posição, quantidade ou condições das armaduras. → Verificar a deterioração no concreto devido a sobrecarga, fadiga, ataques de agentes químicos ou fogo e agressões do meio ambiente. → Avaliação do potencial de durabilidade do concreto. → Avaliar a possibilidade de se alterar o tipo de utilização de uma estrutura. 2.2 – AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO POR MEIO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS A determinação do valor da resistência à compressão do concreto (fc) implica no carregamento de corpos-de-prova até a sua ruptura, não devendo-se esperar que este valor seja medido, e sim avaliado de maneira aproximada por meio dos ensaios não destrutivos. A estimativa do valor de fc utilizando ensaios não destrutivos é feita empregando curvas de correlação entre as grandezas obtidas nestes ensaios e a resistência à compressão do concreto. A obtenção de resultados confiáveis está 6 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA relacionada com a utilização de curvas de correlação adequadas, desenvolvidas para o tipo de concreto em questão. Segundo Malhotra (1984), sempre que houver mudanças dos materiais envolvidos na confecção do concreto, uma nova curva de correlação deverá ser estabelecida. Erros consideráveis poderão ser cometidos na avaliação de fc caso sejam utilizadas indiscriminadamente curvas de correlação fornecidas pelos fabricantes dos aparelhos utilizados nesses ensaios, uma vez que elas foram estabelecidas para condições de ensaio e materiais específicos. De acordo com o ACI 228.1R (2003), a utilização de ensaios não destrutivos no campo deve ser precedida pelo estabelecimento de curvas de correlação, obtidas de ensaios realizados no laboratório em corpos-de-prova (cilíndricos ou cúbicos) de concretos feitos com os mesmos materiais utilizados na estrutura a ser avaliada. Nestes corpos-de-prova, são realizadas medições de uma determinada grandeza, por meio de um ensaio não destrutivo e, logo a seguir, eles são submetidos a ensaios de resistência à compressão. Por fim, os pares de resultados obtidos são submetidos a análises para obtenção de expressões que melhor caracterizem a correlação desejada. Alguns ensaios não destrutivos podem ser realizados sem comprometer a integridade dos corpos-de-prova que, em seguida, são submetidos ao ensaio de resistência à compressão. Em alguns casos, entretanto, os ensaios não destrutivos são feitos em corpos-de-prova diferentes daqueles que são usados no ensaio de resistência à compressão. Nestes casos, é imprescindível que ambos os ensaios sejam realizados em amostras com as mesmas condições de maturidade e compactação, sendo isto obtido através da utilização de condições de cura que garantam históricos de temperatura interna similares em todas as amostras. Ainda segundo o ACI 228.1R (2003), não é fácil determinar o número ótimo de pontos (níveis de resistência) necessário para a obtenção das curvas de correlação, mas é recomendado que no mínimo 6 níveis de resistência, adequadamente 7 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA espaçados, sejam utilizados. Isto pode ser alcançado por meio de ensaios realizados em concretos com a mesma composição, porém em diferentes idades. Para que os valores obtidos de ensaios não destrutivos e dos ensaios de resistência à compressão apresentem o mesmo grau de confiança, o ACI 228.1R (2003) recomenda a utilização da relação 2.1: 2 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = R nd R nd N N δ δ (2.1) onde: Nnd → número de ensaios não destrutivos. NR → número de ensaios de resistência à compressão. δnd → coeficiente de variação dos ensaios não destrutivos. δR → coeficiente de variação dos ensaios de resistência à compressão. De acordo com Malhotra (1984), os ensaios não destrutivos não devem ser encarados como substitutos dos ensaios de resistência à compressão padronizados, mas somente como uma técnica adicional. Segundo Neville (1997), o maior obstáculo para a obtenção de curvas de correlação adequadas consiste no fato de que os fatoresque influenciam a resistência à compressão nem sempre afetam nas mesmas proporções ou da mesma forma as grandezas obtidas dos ensaios não destrutivos. Os principais fatores que influenciam a resistência à compressão do concreto são os seguintes (Sturrup et al, 1984): 1) Propriedades dos componentes individuais ⇒ Tipo de cimento ⇒ Agregados (forma, tipo e dimensão máxima) 8 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ⇒ Aditivos (aceleradores, retardadores, incorporadores de ar) 2) Proporções dos componentes ⇒ Teor de cimento (relação água-cimento) ⇒ Relação agregado-cimento 3) Histórico de cura ⇒ Temperatura ⇒ Umidade 4) Tipo de cura ⇒ Úmida ⇒ Seca 5) Deterioração ⇒ Congelamento e descongelamento ⇒ Altas temperaturas (fogo) De acordo com Mehta e Monteiro (1994), em materiais heterogêneos, multifásicos como o concreto, a fração volumétrica, a massa específica e o módulo de elasticidade dos principais constituintes e as características da zona de transição determinam o comportamento elástico do material. Os principais fatores que influenciam o módulo de elasticidade do concreto são os seguintes: 1) Características e proporções dos materiais ⇒ Relação água-cimento ⇒ Consumo de cimento 9 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ⇒ Aditivos químicos ⇒ Aditivos minerais ⇒ Dimensão do agregado ⇒ Fração volumétrica do agregado ⇒ Porosidade e módulo de elasticidade do agregado ⇒ Natureza do agregado 2) Condições de Cura 3) Parâmetros de ensaio ⇒ Umidade do corpo-de-prova ⇒ Velocidade de carregamento ⇒ Tensão A maneira como cada um desses fatores influencia a resistência à compressão e o módulo de elasticidade do concreto, é abordada, entre outros, por Mehta e Monteiro (1994) e Neville (1997). 10 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.3 – MÉTODO DA VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA- SÔNICAS O desenvolvimento do método da velocidade de propagação de ondas ultra- sônicas começou no Canadá e na Inglaterra, quase ao mesmo tempo, através de aparelhos denominados “soniscope” e “ultrasonic tester”, respectivamente. A partir dos anos 60, com o surgimento de um equipamento portátil, equipado com bateria, esse método deixou de ser usado somente em laboratórios, chegando às construções. 2.3.1 – DESCRIÇÃO DO MÉTODO A velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas (V), percorrendo um material sólido, depende da massa específica e das propriedades elásticas desse material, conforme pode ser visto na expressão 2.2 (Pundit Manual, 1994): ρ dEKV ×= (2.2) onde: ( ) ( )( )µµ µ 211 1 −+ − =K V → Velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, em km/s. Ed → Módulo de elasticidade dinâmico, em MPa. ρ → Massa específica, em kg/m3. µ → Coeficiente de Poisson dinâmico. Esse método é baseado no princípio de que o valor de V depende somente das propriedades do material; sendo assim, a medição desta velocidade permite uma avaliação das condições do material testado (Pundit Manual, 1994). 11 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O ensaio consiste na medição, através de dispositivos eletrônicos, do tempo (t) que o pulso leva para percorrer, através do concreto, a distância (L) entre os transdutores emissor e receptor. A velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, no caso da transmissão direta ou semi-direta, é obtida pela expressão 2.3 (NM 58, 1996): 610×= t LV (2.3) onde: V → Velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, em m/s. L → Distância entre os transdutores, em m. t → Tempo de propagação da onda entre os transdutores, em µs. As medições nos elementos ou peças em estudo podem ser realizadas colocando-se os transdutores em três posições distintas: a) faces opostas (transmissão direta) b) faces adjacentes (transmissão semi-direta) c) mesma face (transmissão indireta ou superficial) A figura 2.1 mostra os 3 tipos de transmissão possíveis para o ensaio de velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas. Segundo Naik e Malhotra (1991), a transmissão direta é a mais adequada, uma vez que a energia máxima do pulso é totalmente transmitida e recebida. Na transmissão semi-direta, deve-se ter o cuidado de não deixar os transdutores muito afastados entre si, pois o pulso transmitido pode ser atenuado e não ser recebido. Este tipo de transmissão é vantajoso quando se deseja evitar região de concentração de armaduras. A transmissão indireta ou superficial é a menos recomendada, uma vez que o valor de V é influenciado apenas pelo concreto próximo à superfície. Este concreto 12 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA superficial pode ter composição diferente da encontrada nas camadas mais profundas, fazendo com que os resultados obtidos não representem o concreto como um todo. Esse tipo de transmissão deve ser utilizado quando se tem acesso a somente uma das faces do elemento estrutural em estudo (pavimentos de concreto ou tabuleiros de pontes), requerendo um procedimento especial na determinação da velocidade de propagação da onda ultra-sônica, conforme descrito no Apêndice I. Yaman et al (2001) compararam as velocidades de propagação de ondas ultra- sônicas em lajes, utilizando a transmissão direta e a indireta. Eles constataram que os valores de V obtidos pela transmissão indireta são estatisticamente similares aos valores obtidos pela transmissão direta, desde que as lajes apresentem propriedades uniformes, incluindo a umidade ao longo da superfície e da espessura. Figura 2.1 – Formas de transmissão das ondas ultra-sônicas (Naik e Malhotra, 1991). 13 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.3.2 – VANTAGENS E LIMITAÇÕES A facilidade de manuseio e o custo relativamente baixo do equipamento, associados à rapidez com que medições de velocidade são feitas, podem ser citadas como algumas das vantagens desse método. Outra vantagem que merece destaque é o fato desse ensaio ser totalmente não destrutivo, permitindo que ele possa ser repetido no mesmo local em diferentes idades. Além disso, este método permite a avaliação do concreto de um elemento estrutural ao longo de toda a sua espessura, desde que seja utilizada a transmissão direta. (Tomsett, 1980, Swamy e Al-Hamed, 1984, Phoon et al, 1999). Segundo Naik e Malhotra (1991), o perfeito contato entre os transdutores e o concreto do elemento em estudo constitui um ponto crítico desse método. Caso este perfeito contato não seja alcançado, cria-se um bolsão de ar entre o transdutor e o elemento, que acarreta um erro na determinação do tempo de percurso da onda. Este erro ocorre devido ao fato de que somente uma parcela insignificante do pulso pode ser transmitida pelo ar. Para assegurar o perfeito contato, recomenda-se a utilização de produtos, tais como graxa e sabão líquido, que devem ser aplicados em finas camadas. De acordo com a BS 1881:Part 201 (1986), os valores da velocidade de pulso, para a grande maioria das misturas de concreto comercialmente utilizadas, situam-se em uma faixa restrita, tornando-se necessário uma medição rigorosa (acurária de ± 1 %), tanto do comprimento do percurso quanto do tempo gasto pela onda. Além disso, as medições dos valores de V podem ser influenciadas por diversos fatores, tais como: textura da superfície, teor de umidade, temperatura, tamanho das amostras, presença de armaduras e pelo nível de tensão. Ainda segundo essa norma, as correlações entre o valor de V e a resistência à compressão são difíceis de serem obtidas, pois elas são influenciadas consideravelmente pelas propriedades e proporções dos materiais constituintes e pela maturidade do concreto. 14 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Segundo Sturrup et al (1984), a correlação entre o valor de V e a resistência
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