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AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO USANDO DIFERENTES
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
Ana Catarina Jorge Evangelista
TESE 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 DOUTOR EM CIÊNCIAS
EM ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
____________________________________________________
Prof. Ibrahim Abd El Malik Shehata, Ph.D.
____________________________________________________
Profa. Lídia da Conceição Domingues Shehata, Ph.D.
____________________________________________________
Prof. Roberto Caldas de Andrade Pinto , Ph.D.
____________________________________________________
Prof. Giuseppe Barbosa Guimarães, Ph.D.
____________________________________________________
Profa. Regina Ferreira de Souza, D.Sc.
____________________________________________________
Prof. Ivan Ramalho de Almeida, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
JUNHO DE 2002
ii
EVANGELISTA, ANA CATARINA JORGE
Avaliação da Resistência do Concreto
Usando Diferentes Ensaios Não Destrutivos
[Rio de Janeiro] 2002
XX, 219 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc.,
Engenharia Civil, 2002)
Tese - Universidade Federal do Rio de
Janeiro, COPPE
1. Ensaios Não Destrutivos
2. Concreto
I. COPPE/UFRJ II. Título ( série )
iii
A Deus
iv
AGRADECIMENTOS
Aos professores Lídia da Conceição Domingues Shehata e Ibrahim Abd El
Malik Shehata pela dedicação e orientação desta tese.
Aos meus pais, amigos e familiares que sempre torceram por mim durante todos
este anos. Em especial, agradeço ao meu marido Luis Carlos pelo apoio em todos os
momentos da elaboração deste trabalho.
Aos funcionários do laboratório de estruturas da COPPE / UFRJ .
Aos funcionários do laboratório de materiais de construção da Escola
Politécnica/UFRJ.
À Holcim do Brasil pela doação de todo o cimento usado nesta pesquisa e pelo
apoio técnico do Eng. Luiz Otávio Maia Cruz.
À pedreira Vigné pela doação do agregado graúdo de traquito usado nesta
pesquisa.
v
Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)
AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO USANDO DIFERENTES
ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
Ana Catarina Jorge Evangelista
Junho/2002
Orientadores: Ibrahim Abd El Malik Shehata
 Lídia da Conceição Domingues Shehata
Programa: Engenharia Civil
Este trabalho apresenta um estudo sobre a correlação entre a resistência à
compressão do concreto e os valores obtidos por meio de ensaios não destrutivos:
velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, índice esclerométrico, profundidade
de penetração de pinos e maturidade. Os ensaios em 30 tipos de concreto foram feitos
nas idades de 3, 7, 14, 28 e 90 dias, utilizando-se corpos de prova cilíndricos de
150mmx300mm, exceto no ensaio de penetração de pinos que foi realizado em corpos
de prova prismáticos com dimensões de 200mmx200mmx600mm. É analisada a
influência dos tipo e dimensão máxima de agregado, tipo de cimento e tipo de cura nas
grandezas medidas nos ensaios não destrutivos, na resistência à compressão e nas
curvas de correlação usadas para estimar a resistência à compressão do concreto. São
propostas expressões para avaliar a resistência à compressão a partir das medições de
um ou dois ensaios não destrutivos.
vi
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)
EVALUATION OF THE CONCRETE STRENGTH BY DIFERENT NON
DESTRUCTIVE METHODS
Ana Catarina Jorge Evangelista
June/2002
Advisors: Ibrahim Abd El Malik Shehata
 Lídia da Conceição Domingues Shehata
Department: Civil Engineering
This work presents a study on the relationship between the compressive strength
and non-destructive test method measurements : ultrasonic pulse velocity, rebound
hammer, probe penetration and maturity. The tests for the 30 different types of concrete
were carried out on cylinders (150mmx300mm), except the probe penetration that were
carried out on blocks (200mmx200mmx600mm), at the ages of 3, 7, 14, 28 and 90 days.
The effect of the type and maximum size of the coarse aggregate, the type of cement
and the cure conditions on the non destructive measurements, on the compressive
strength and on the relationship is analyzed. Expressions for the evaluation of the
compressive strength from the measurements of one or two non-destructive tests are
proposed.
vii
ÍNDICE DO TEXTO
Página
1 - INTRODUÇÃO 01
2 - MÉTODOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS 04
2.1 - GENERALIDADES 04
2.2 - FATORES QUE INFLUENCIAM A RESISTÊNCIA DO CONCRETO 05
2.3 - MÉTODOS PARA AVALIAÇÃO DE RESISTÊNCIA DO CONCRETO 08
2.4 - CORRELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃOE AS GRANDEZAS MEDIDAS NOS ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS 08
2.5 -
MÉTODOS ELETRÔNICOS, MAGNÉTICOS,
NUCLEARES, RADIOATIVOS, EMISSÃO ACÚSTICA
E PERMEABILIDADE 11
2.5.1 - Métodos magnéticos 11
2.5.2 - Métodos eletrônicos 12
2.5.3 - Métodos radioativos 12
2.5.4 - Métodos de emissão acústica 13
2.5.5 - Método eco-impacto 14
2.5.6 - Método da freqüência de ressonância 14
2.5.7 - Termografia infra-vermelho 15
2.5.8 - Ensaios de permeabilidade 15
2.5.9 - Métodos nucleares 15
2.5.10 - RADAR (Radio Detection and Ranging) 16
3 - MÉTODOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS PARAAVALIAR A RESISTÊNCIA DO CONCRETO 17
3.1 - MÉTODO DO ULTRA – SOM 17
3.1.1 - Descrição do método 17
3.1.2 - Vantagens e limitações 19
3.1.3 - Aplicações 20
3.1.4 - Acurácia 21
3.1.5 - Fatores que influenciam os resultados do ensaio 21
3.1.5.1 - Condições da superfície 22
3.1.5.2 - Tipo e quantidade do agregado graúdo 22
3.1.5.3 - Proporções da mistura 25
3.1.5.4 - Tipo do cimento 27
3.1.5.5 - Temperatura 29
3.1.5.6 - Teor de umidade do concreto 30
3.1.5.7 - Presença de armaduras e fissuras 31
3.1.5.8 - Comprimento de propagação de onda, forma da peça e
frequência do transdutor-emissor 34
3.1.6 - Normalização 35
3.1.7 - Recomendações quanto às curvas de calibração 37
viii
3.2 - MÉTODO DO ESCLERÔMETRO 40
3.2.1 - Descrição do método 40
3.2.2 - Vantagens e limitações 41
3.2.3 - Aplicações 41
3.2.4 - Acurácia 42
3.2.5 - Fatores que influenciam os resultados do ensaio 42
3.2.5.1 - Condições da superfície de ensaio 42
3.2.5.2 - Tipo e teor do cimento 43
3.2.5.3 - Tipo e dimensão do agregado graúdo 44
3.2.5.4 - Direção do ensaio 45
3.2.5.5 - Rigidez da peça ensaiada 46
3.2.5.6 - Tipo de cura e idade do concreto 46
3.2.6 - Normalização 46
3.2.7 - Recomendações quanto às curvas de calibração 48
3.3 - MÉTODO DE PENETRAÇÃO DE PINOS 51
3.3.1 - Descrição do método 51
3.3.2 - Vantagens e limitações 51
3.3.3 - Aplicações 52
3.3.4 - Acurácia 52
3.3.5 - Fatores que influenciam os resultados do ensaio 53
3.3.5.1 - Condições da superfície 53
3.3.5.2 - Tipo e dimensão máxima do agregado 53
3.3.5.3 - Variações na carga de pólvora 54
3.3.5.4 - Tipo de pino 55
3.3.6 - Normalização 55
3.3.7 - Recomendações quanto às curvas de calibração 57
3.4 - MÉTODO “PULL - OFF” 58
3.4.1 - Descrição do método 58
3.4.2 - Vantagens e limitações 59
3.4.3 - Aplicações 59
3.4.4 - Acurácia 60
3.4.5 - Fatores que influenciam os resultados do ensaio 60
3.4.5.1 - Tipo de concreto e método de ensaio 60
3.4.5.2 - Material e dimensão do disco 61
3.4.6 - Normalização 62
3.4.7 - Recomendações quanto às curvas de calibração 62
3.5 - MATURIDADE 63
3.5.1 - Descrição do método 63
ix
3.5.2 - Vantagens e limitações 63
3.5.3 - Aplicações 64
3.5.4 - Fatores que influenciam os resultados do ensaio 64
3.5.5 - Funções maturidade 65
3.6 - MÉTODOS COMBINADOS70
3.6.1- Método combinado de ultra-som e esclerometria 71
3.6.1.1- Descrição do método 71
3.6.1.2 - Vantagens e limitações 72
3.6.1.3 - Aplicações 72
3.6.1.4 - Acurácia 72
3.6.1.5 - Equações propostas 73
3.7- CONSIDERAÇÕES GERAIS 75
4 - PROGRAMA EXPERIMENTAL 80
4.1 - INTRODUÇÃO 80
4.2 - MATERIAIS UTILIZADOS 81
4.2.1 - Cimento 81
4.2.2 - Agregado graúdo 82
4.2.3 - Agregado miúdo 88
4.2.4 - Água 86
4.3 - DEFINIÇÃO DAS COMPOSIÇÕES 86
4.3.1 - Proporcionamento das composições dos concretos 86
4.3.2 - Composições dos concretos ensaiados 87
4.4 - MOLDAGEM E CURA DOS CORPOS DE PROVA 88
4.5 - NORMAS PARA ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS 88
4.6 - ENSAIOS REALIZADOS 89
4.6.1 - Ensaio de resistência à compressão 89
4.6.2 - Ensaio da velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas 89
4.6.3 - Ensaio do índice esclerométrico 90
4.6.4 - Ensaio de penetração de pinos 91
4.6.5 - Ensaio de maturidade 92
4.7 - RESULTADOS OBTIDOS 94
4.7.1 - Ensaios de resistência à compressão 94
4.7.2 - Ensaio da velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas 99
4.7.3 - Ensaio do índice esclerométrico 106
4.7.4 - Ensaio de penetração de pinos 112
4.7.5 - Ensaio de maturidade 117
4.7.6 - Considerações gerais 124
5 - ANÁLISE DOS RESULTADOS 126
x
5.1 - RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO 127
5.1.1 - Influência do tipo de agregado 127
5.1.2 - Influência da dimensão máxima do agregado 129
5.1.3 - Influência do tipo de cimento 131
5.1.4 - Influência do tipo de cura 133
5.1.5 - Análise estatística 135
5.2 - VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE ONDAS ULTRA-SÔNICAS 135
5.2.1 - Influência do tipo de agregado 135
5.2.2 - Influência da dimensão máxima do agregado 138
5.2.3 - Influência do tipo de cimento 140
5.2.4 - Influência do tipo de cura 142
5.2.5 - Análise estatística 144
5.3 - ÍNDICE ESCLEROMÉTRICO 144
5.3.1 - Influência do tipo de agregado 144
5.3.2 - Influência da dimensão máxima do agregado 147
5.3.3 - Influência do tipo de cimento 149
5.3.4 - Influência do tipo de cura 151
5.3.5 - Análise estatística 153
5.4 - PENETRAÇÃO DE PINOS 153
5.4.1 - Influência do tipo de agregado 153
5.4.2 - Influência da dimensão máxima do agregado 156
5.4.3 - Influência do tipo de cimento 158
5.4.4 - Análise estatística 160
5.5 - PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM OS RESULTADOS DOS
DIFERENTES ENSAIOS 160
5.6 - RELAÇÕES ENTRE AS GRANDEZAS MEDIDAS NOS ENSAIOS NÃO
DESTRUTIVOS E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO 161
5.6.1 - Correlações entre resistência à compressão e velocidade depropagação de ondas ultra-sônicas 164
5.6.2 - Correlações entre resistência à compressão e índice esclerométrico 169
5.6.3 - Correlações entre resistência à compressão e penetração de pinos 172
5.6.4 - Correlações entre resistência à compressão e maturidade 176
5.6.5 - Considerações gerais 179
5.7 - MÉTODOS COMBINADOS 180
5.7.1 - Relação entre fc , V e I.E. 181
5.7.2 - Relação entre fc , V e Lp 188
5.7.3 - Relação entre fc , Lp e I.E. 193
5.7.4 - Considerações gerais 198
6 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA ESTUDOS FUTUROS 199
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 202
ANEXO I - COMPOSIÇÕES 210
xi
ANEXO II – ANÁLISE ESTATÍSTICA 212
ANEXO III – ENSAIO DE “PULL-OFF” 214
ANEXO IV – MEDIÇÕES DE TEMPERATURA 215
ANEXO V –INTERVALOS DE CONFIANÇA 217
xii
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura 2.1- Exemplo de curva de correlação para estimar a resistência 09
Figura 2.2- Disposição do equipamento para determinação do
módulo de elasticidade dinâmico por vibração longitudinal 14
Figura 3.1- Tipos de transmissão no ensaio de ultra-som 19
Figura 3.2- Influência do tipo de agregado na relação entre V.P.U.S. e
resistência à compressão do concreto 23
Figura 3.3- Influência da dimensão máxima do agregado na relação entre
V.P.U.S. e resistência à compressão 25
Figura 3.4- Relações entre V.P.U.S. e resistência à compressão de
concretos com composições diferentes e ensaiados em
diferentes idades 26
Figura 3.5- Relação entre V.P.U.S. , resistência à compressão
e idade para concretos com teores e tipos de cimento
e temperatura de cura diferentes 28
Figura 3.6- Influência de barras transversais ao percurso da onda 31
Figura 3.7- Influência de barras paralelas ao percurso da onda 32
Figura 3.8- Fatores de correção para barras transversais e longitudinais 33
Figura 3.9- Esquema do ensaio de esclerometria 40
Figura 3.10- Influência do tipo de agregado na relação entre fc e I.E. 44
Figura 3.11- Influência do tipo de agregado na relação entre fc e
comprimento exposto 54
Figura 3.12- Representação esquemática do ensaio de “pull-off” :
(a) Ensaio superficial, (b) Ensaio com corte parcial da superfície 58
Figura 3.13- Relação entre resistência à compressão e maturidade 69
Figura 4.1- Curva granulométrica dos agregados 85
Figura 4.2- Variação de fc com o tempo para série M1 96
Figura 4.3- Variação de fc com o tempo para série M2 96
Figura 4.4- Variação de fc com o tempo para série M3 96
Figura 4.5- Variação de fc com o tempo para série M4 97
Figura 4.6- Variação de fc com o tempo para série M5 97
Figura 4.7- Relação fc,j/fc,28 em função da idade para série M1 98
Figura 4.8- Relação fc,j/fc,28 em função da idade para série M2 98
Figura 4.9- Relação fc,j/fc,28 em função da idade para série M3 98
Figura 4.10- Relação fc,j/fc,28 em função da idade para série M4 99
Figura 4.11- Relação fc,j/fc,28 em função da idade para série M5 99
Figura 4.12- Variação de V com o tempo para série M1 102
Figura 4.13- Variação de V com o tempo para série M2 102
Figura 4.14- Variação de V com o tempo para série M3 102
Figura 4.15- Variação de V com o tempo para série M4 103
Figura 4.16- Variação de V com o tempo para série M5 103
Figura 4.17- Relação Vj/V28 em função da idade para série M1 104
Figura 4.18- Relação Vj/V28 em função da idade para série M2 104
xiii
Figura 4.19- Relação Vj/V28 em função da idade para série M3 104
Figura 4.20- Relação Vj/V28 em função da idade para série M4 105
Figura 4.21- Relação Vj/V28 em função da idade para série M5 105
Figura 4.22- Variação do índice esclerométrico com o tempo na série M1 108
Figura 4.23- Variação do índice esclerométrico com o tempo na série M2 108
Figura 4.24- Variação do índice esclerométrico com o tempo na série M3 108
Figura 4.25- Variação do índice esclerométrico com o tempo na série M4 109
Figura 4.26- Variação do índice esclerométrico com o tempo na série M5 109
Figura 4.27- Relação IEj/IE28 em função da idade para série M1 110
Figura 4.28- Relação IEj/IE28 em função da idade para série M2 110
Figura 4.29- Relação IEj/IE28 em função da idade para série M3 110
Figura 4.30- Relação IEj/IE28 em função da idade para série M4 111
Figura 4.31- Relação IEj/IE28 em função da idade para série M5 111
Figura 4.32- Variação da profundidade de penetração com o tempo série M1 114
Figura 4.33- Variação da profundidade de penetração com o tempo série M2 114
Figura 4.34- Variação da profundidade de penetração com o tempo série M3 114
Figura 4.35- Variação da profundidade de penetração com o tempo série M4 115
Figura 4.36- Relação Lpj/Lp28 em função da idade para série M1 116
Figura 4.37- Relação Lpj/Lp28 em função da idade para série M2 116
Figura 4.38- Relação Lpj/Lp28 em função da idade para série M3 116
Figura 4.39- Relação Lpj/Lp28 em função da idade para série M4 117
Figura 4.40- Maturidade em função do tempo para a série M1 120
Figura 4.41- Maturidade em função do tempo para a série M2 120
Figura 4.42- Maturidade em função do tempo para a série M3 120
Figura 4.43- Maturidade em função do tempo para a série M4 121
Figura 4.44- Maturidade em função do tempo para a série M5 121
Figura 4.45- Relação Mj/M28 em função da idade para a série M1 122
Figura 4.46- Relação Mj/M28 em função da idade para a série M2 122
Figura4.47- Relação Mj/M28 em função da idade para a série M3 122
Figura 4.48- Relação Mj/M28 em função da idade para a série M4 123
Figura 4.49- Relação Mj/M28 em função da idade para a série M5 123
Figura 5.1- Influência do agregado em fc dos concretos com a/c=0,65 128
Figura 5.2- Influência do agregado em fc dos concretos com a/c=0,60 128
Figura 5.3- Influência do agregado em fc dos concretos com a/c=0,55 128
Figura 5.4- Influência do agregado em fc dos concretos com a/c=0,50 128
Figura 5.5- Influência do agregado em fc dos concretos com a/c=0,45 128
Figura 5.6- Influência do agregado em fc dos concretos com a/c=0,40 128
Figura 5.7- Influência do Dmáx do agregado em fc dos concretos com a/c=0,65 130
xiv
Figura 5.8- Influência do Dmáx do agregado em fc dos concretos com a/c=0,60 130
Figura 5.9- Influência do Dmáx do agregado em fc dos concretos com a/c=0,55 130
Figura 5.10- Influência do Dmáx do agregado em fc dos concretos com a/c=0,50 130
Figura 5.11- Influência do Dmáx do agregado em fc dos concretos com a/c=0,45 130
Figura 5.12- Influência do Dmáx do agregado em fc dos concretos com a/c=0,40 130
Figura 5.13- Influência do tipo de cimento em fc dos concretos com a/c=0,65 132
Figura 5.14- Influência do tipo de cimento em fc dos concretos com a/c=0,60 132
Figura 5.15- Influência do tipo de cimento em fc dos concretos com a/c=0,55 132
Figura 5.16- Influência do tipo de cimento em fc dos concretos com a/c=0,50 132
Figura 5.17- Influência do tipo de cimento em fc dos concretos com a/c=0,45 132
Figura 5.18- Influência do tipo de cimento em fc dos concretos com a/c=0,40 132
Figura 5.19- Influência do tipo de agregado em V dos concretos com a/c=0,65 137
Figura 5.20- Influência do tipo de agregado em V dos concretos com a/c=0,60 137
Figura 5.21- Influência do tipo de agregado em V dos concretos com a/c=0,55 137
Figura 5.22- Influência do tipo de agregado em V dos concretos com a/c=0,50 137
Figura 5.23- Influência do tipo de agregado em V dos concretos com a/c=0,45 137
Figura 5.24- Influência do tipo de agregado em V dos concretos com a/c=0,40 137
Figura 5.25- Influência do Dmáx do agregado em V dos concretos com a/c=0,65 139
Figura 5.26- Influência do Dmáx do agregado em V dos concretos com a/c=0,60 139
Figura 5.27- Influência do Dmáx do agregado em V dos concretos com a/c=0,55 139
Figura 5.28- Influência do Dmáx do agregado em V dos concretos com a/c=0,50 139
Figura 5.29- Influência do Dmáx do agregado em V dos concretos com a/c=0,45 139
Figura 5.30- Influência do Dmáx do agregado em V dos concretos com a/c=0,40 139
Figura 5.31- Influência do tipo de cimento em V dos concretos com a/c=0,65 141
Figura 5.32- Influência do tipo de cimento em V dos concretos com a/c=0,60 141
Figura 5.33- Influência do tipo de cimento em V dos concretos com a/c=0,55 141
Figura 5.34- Influência do tipo de cimento em V dos concretos com a/c=0,50 141
Figura 5.35- Influência do tipo de cimento em V dos concretos com a/c=0,45 141
Figura 5.36- Influência do tipo de cimento em V dos concretos com a/c=0,40 141
Figura 5.37- Influência do tipo de agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,65 146
Figura 5.38- Influência do tipo de agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,60 146
Figura 5.39- Influência do tipo de agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,55 146
Figura 5.40- Influência do tipo de agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,50 146
Figura 5.41- Influência do tipo de agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,45 146
Figura 5.42- Influência do tipo de agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,40 146
Figura 5.43- Influência do Dmáx. do agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,65 148
Figura 5.44- Influência do Dmáx. do agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,60 148
Figura 5.45- Influência do Dmáx. do agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,55 148
xv
Figura 5.46- Influência do Dmáx. do agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,50 148
Figura 5.47- Influência do Dmáx. do agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,45 148
Figura 5.48- Influência do Dmáx. do agregado no I.E. dos concretos com a/c=0,40 148
Figura 5.49- Influência do tipo de cimento no I.E. dos concretos com a/c=0,65 150
Figura 5.50- Influência do tipo de cimento no I.E. dos concretos com a/c=0,60 150
Figura 5.51- Influência do tipo de cimento no I.E. dos concretos com a/c=0,55 150
Figura 5.52- Influência do tipo de cimento no I.E. dos concretos com a/c=0,50 150
Figura 5.53- Influência do tipo de cimento no I.E. dos concretos com a/c=0,45 150
Figura 5.54- Influência do tipo de cimento no I.E. dos concretos com a/c=0,40 150
Figura 5.55- Influência do tipo de agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,65 155
Figura 5.56- Influência do tipo de agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,60 155
Figura 5.57- Influência do tipo de agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,55 155
Figura 5.58- Influência do tipo de agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,50 155
Figura 5.59- Influência do tipo de agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,45 155
Figura 5.60- Influência do tipo de agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,40 155
Figura 5.61- Influência da Dmáx. do agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,65 157
Figura 5.62- Influência da Dmáx. do agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,60 157
Figura 5.63- Influência da Dmáx. do agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,55 157
Figura 5.64- Influência da Dmáx. do agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,50 157
Figura 5.65- Influência da Dmáx. do agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,45 157
Figura 5.66- Influência da Dmáx. do agregado no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,40 157
Figura 5.67- Influência do tipo de cimento no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,65 159
Figura 5.68- Influência do tipo de cimento no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,60 159
Figura 5.69- Influência do tipo de cimento no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,55 159
Figura 5.70- Influência do tipo de cimento no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,50 159
Figura 5.71- Influência do tipo de cimento no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,45 159
Figura 5.72- Influência do tipo de cimento no valor de Lp dos concretos
com a/c=0,40 159
Figura 5.73- Correlações entre fc e V para as séries M1 , M3 e M5 166
Figura 5.74- Correlações entre fc e V para as séries M1 e M2 166
Figura 5.75- Correlações entre fc e V para as séries M1 e M4 166
Figura 5.76- Comparações de correlações entre fc e V propostas neste
trabalho e as de outros autores 168
Figura 5.77- Correlações entre fc e I.E. para as séries M1, M3 e M5 170
Figura 5.78- Correlações entre fc e I.E. para as séries M1 e M2 170
xvi
Figura 5.79- Correlações entre fc e I.E. para as séries M1 e M4 172
Figura 5.80- Comparações de correlações entre fc e I.E. propostas neste
trabalho e as de outros autores 172
Figura 5.81- Correlações entre fc e Lp para as séries M1 e M3 173
Figura 5.82- Correlações entre fc e Lp para as séries M1 e M2 173
Figura 5.83- Correlações entre fc e Lp para as séries M1 e M4 173
Figura 5.84- Comparações de correlações entre fc e Lp propostas neste
trabalho e as de outros autores 175
Figura 5.85- Relações entre fc e M para concretos da série M1 177
Figura 5.86- Relações entre fc e M para concretos da série M2 177
Figura 5.87- Relações entre fc e M para concretos da série M3 177
Figura 5.88- Relações entre fc e M para concretos da série M4 177
Figura 5.89- Relações entre fc e M para concretos da série M5 177
Figura 5.90- Relações entre fc e M para concretos com relação a/c=0,65 178
Figura 5.91- Relações entre fc e M para concretos com relação a/c=0,60 178
Figura 5.92- Relações entre fc e M para concretos com relação a/c=0,55 178
Figura 5.93- Relações entre fc e M para concretos com relação a/c=0,50 178
Figura 5.94- Relaçõesentre fc e M para concretos com relação a/c=0,45 178
Figura 5.95- Relações entre fc e M para concretos com relação a/c=0,40 178
Figura 5.96- Correlação múltipla proposta entre fc, I.E. e V para as séries
M1,M2,M3, de concretos com agregado britado e CP III 184
Figura 5.97- Correlação múltipla proposta entre fc, I.E. e V para a
série M4 de concretos com CP V 185
Figura 5.98- Correlação múltipla proposta entre fc, I.E. e V para a
série M5 de concretos leves 186
Figura 5.99- Ábacos propostos para estimar a resistência à compressão
de concretos convencionais com cimento CP III por meio da
combinação de I.E. e V 187
Figura5.100- Ábacos propostos para estimar a resistência à compressão
 de concretos convencionais com cimento CP V por meio da
combinação de I.E. e V. 187
Figura5.101- Ábacos para estimar a resistência à compressão de concretos
leves por meio da combinação de I.E. e V 188
Figura5.102- Correlação múltipla proposta entre fc, Lp e V para as
séries M1,M2,M3 de concretos de agregado graúdo
britado e CP III 190
Figura5.103- Correlação múltipla proposta entre fc, Lp e V para a
série M4 de concretos de CP V 191
Figura5.104 Ábacos propostas para estimar a resistência à compressão
de concretos convencionais com cimento CP III por meio da
combinação de V e Lp
192
Figura5.105 Ábacos propostas para estimar a resistência à compressão
de concretos convencionais com cimento CP V por meio da
combinação de V e Lp
192
Figura5.106 Correlação múltipla proposta entre fc, Lp e I.E para as
séries M1,M2,M3 de concretos com agregados graúdos
britados e CP III 195
Figura5.107 Correlação múltipla proposta entre fc, Lp e I.E para a
série M4 de concretos com CP V 196
Figura5.108 Estimativa de resistência à compressão de concretos
convencionais com cimento CP III por meio da
combinação de I.E. e Lp
197
xvii
Figura5.109 Estimativa de resistência à compressão de concretos
convencionais com cimento CP V por meio da
combinação de I.E. e Lp 197
xviii
ÍNDICE DE TABELAS
Página
Tabela 2.1- Comparação entre a resistência em sito e em cubo - padrão 06
Tabela 2.2- Número de medições para cada local de ensaios 11
Tabela 3.1- Intervalos de velocidade de ondas ultra-sônicas paraalguns tipos de rocha 24
Tabela 3.2- Recomendação da RILEM para frequência mínima dotransdutor emissor de acordo com as dimensões da peça 35
Tabela 3.3- Comparação entre procedimentos de normas para ensaiode ultra-som 36
Tabela 3.4- Comparação entre procedimentos de normas paraensaio esclerométrico 47
Tabela 3.5- Comparação entre procedimentos de normas para ensaiode resistência à penetração de pinos 56
Tabela 3.6- Constatações quanto aos fatores que influenciam osresultados do ensaio de ultra-som 77
Tabela 3.7- Constatações quanto aos fatores que influenciam osresultados do ensaio esclerométrico 78
Tabela 3.8- Constatações quanto aos fatores que influenciam osresultados do ensaio de penetração de pinos 79
Tabela 4.1- Análise física e química dos cimento CP III 32 e cimento CPV 82
Tabela 4.2- Granulometria dos Agregados Graúdos 84
Tabela 4.3- Características da Argila Expandida 84
Tabela 4.4- Granulometria do Agregado Miúdo 85
Tabela 4.5- Composições por m3 de concreto 87
Tabela 4.6- Definição da amostragem para cada composição 88
Tabela 4.7- Resultados de fc e fc,j/fc,28 para todos os concretos 95
Tabela 4.8- Resultados de Vj e Vj / V28 para todos os concretos 101
Tabela 4.9- Resultados de IEj e IEj / IE28 para todos os concretos 107
Tabela 4.10- Resultados de Lp e Lp j/ Lp28 para todos os concretos 113
Tabela 4.11- Resultados de Mj e Mj/ M28 para todos os concretos 119
Tabela 4.12- Faixa de variação dos resultados das diferentes sériesde concretos 125
Tabela 5.1- Relações entre as resistências dos concretos submetidosaos tipos de cura 1 e 2 134
Tabela 5.2- Valores obtidos na análise estatística dos resultadosdo ensaio de resistência à compressão 135
Tabela 5.3- Relações entre valores de Vj dos concretos submetidos aosdois tipos de cura 143
Tabela 5.4- Resultados obtidos na análise estatística dos valores de V.P.U.S. 144
Tabela 5.5- Relações entre os valores de I.E.j de concretos submetidosaos dois tipos de cura 152
Tabela 5.6- Resultados obtidos na análise estatística dos valores de I.E. 153
Tabela 5.7- Resultados obtidos na análise estatística dos valores de Lp 160
Tabela 5.8- Parâmetros que influenciam significativamente os resultadosdos ensaios realizados 160
Tabela 5.9- Coeficientes de determinação (r2) obtidos no estudo deregressão dos dados das séries M1, M2, M3, M4, e M5 161
Tabela 5.10- Equações de outros autores para correlação entre fc e V 162
xix
Tabela 5.11- Equações de outros autores para correlação entre fc e IE 163
Tabela 5.12- Equações de outros autores para correlação entre fc e Lp 164
Tabela 5.13- Equações propostas para relacionar fc com V 167
Tabela 5.14- Equações propostas para relacionar fc e I.E. 171
Tabela 5.15- Equações propostas para relacionar fc com Lp 174
Tabela 5.16- Coeficientes de determinação (r
2) obtidos no estudo de
regressão dos dados das séries M1, M2, M3 agrupados 180
Tabela 5.17- Resultados da regressão múltipla para as séries (M1, M2, M3),M4 e M5 182
Tabela 5.18- Equações de outros autores para correlação entre fc , V e I.E. 183
Tabela 5.19- Equações propostas para relacionar fc com V e I.E. 183
Tabela 5.20- Resultados da regressão múltipla para as séries (M1, M2, M3)e M4 189
Tabela 5.21- Equações propostas para relacionar fc com V e Lp 190
Tabela 5.22- Dados do estudo de regressão múltipla nas séries M1, M2, M3
e M4 –combinação I.E e Lp 194
Tabela 5.23- Equações propostas para relacionar fc com I.E. e Lp 194
Tabela 5.24- Maiores coeficientes de determinação obtidos nas regressões
simples e nas regressões múltiplas 198
xx
LISTA DE SÍMBOLOS
Dmáx dimensão máxima do agregado
E energia de ativação
Ed módulo de elasticidade dinâmico
fc resistência do concreto à compressão obtida em corpos de prova-padrão
fc,is resistência do concreto à compressão em sito
fcj resistência do concreto à compressão na idade de j dias
fck resistência característica do concreto à compressão
fcx resistência à compressão numa determinada maturidade
IE índice esclerométrico
Lp comprimento de penetração
M fator temperatura - tempo
R constante universal de gás (8,314 J/Kmol)
T temperatura do concreto no intervalo de tempo ∆ t
te idade equivalente na temperatura de referência
Ti temperatura durante o intervalo ∆ ti
To temperatura a partir da qual não ocorre mais a hidratação do cimento
Tr temperatura de referência do concreto
V velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas
Vs velocidade de propagação ultra-sônica no aço
ν coeficiente de Poisson dinâmico
ρ massa específica
1
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
Comumente são feitos ensaios de resistência à compressão aos 28 dias em
cilindros (ou cubos) para verificar se o concreto está de acordo com o exigido pelo
projeto. No entanto, os corpos de prova não são verdadeiramente representativos do
concreto existente na estrutura, devido às diferentes condições de lançamento,
compactação e condições de cura.
Segundo Malhotra(1984), nos últimos 40 anos têm sido feitas várias tentativas
quanto ao desenvolvimento de métodos de ensaio em sito não destrutivos, para
assegurar a qualidade do concreto na estrutura.
Os métodos disponíveis podem ser classificados em :
• métodos para determinar algumas propriedades do concreto que
possibilitam uma estimativa de sua resistência, módulo de elasticidade e
durabilidade;
• métodos onde são detectados posição e tamanho das armaduras, vazios,
fissuras, falhas de concretagem, e teor de umidade do concreto em loco.
Esses métodos são relevantes não só para o caso de estruturas executadas já
há algum tempo, que apresentam problemas e têm queser reparadas e/ou reforçadas,
mas também para o caso de estruturas novas ou ainda em execução (ensaios de
aceitação).
Tem-se verificado uma vasta aplicação dos ensaios em sito em diversos
países, assim como um grande número de pesquisas nesta área, visando a obtenção
de resultados mais confiáveis nas investigações das propriedades do concreto das
estruturas. O sucesso da utilização dos ensaios em sito depende, além do
conhecimento e da experiência do profissional que realiza os ensaios, das curvas
adotadas para correlacionar as medições do ensaio com a resistência do concreto.
Essas curvas dependem de vários fatores, alguns dos quais estão relacionados com a
2
própria resistência do concreto, tais como condições de cura, relação água/cimento,
idade. Outros fatores são próprios do tipo e da metodologia de ensaio.
Na literatura técnica internacional encontram-se trabalhos de vários autores
nos quais apresentam-se correlações entre a resistência do concreto e resultados de
ensaios não destrutivos, e também normas de realização desses ensaios (ASTM,
RILEM, BSI, por exemplo). No Brasil, ainda são poucos os estudos sobre este tema e
nem todos os ensaios não destrutivos empregados têm seus procedimentos de
realização normalizados pela ABNT.
Tem-se, portanto, uma grande necessidade de desenvolvimento de trabalhos e
de formação de mão de obra qualificada nesta área, objetivando análise adequada das
estruturas de concreto produzidas com os materiais disponíveis no mercado nacional.
Neste trabalho, verifica-se quais os pontos comuns e discordantes entre os
estudos publicados sobre alguns ensaios não destrutivos, e também as
recomendações das normas técnicas internacionais e nacionais. Desta forma,
constata-se quais os fatores relevantes que devem ser considerados para que sejam
feitas curvas de correlação simples e múltipla entre a resistência à compressão do
concreto e as grandezas medidas nos ensaios não destrutivos para concretos feitos
com materiais disponíveis no mercado do Rio de Janeiro.
O programa experimental compreende ensaios utilizando os métodos de
velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, esclerometria, penetração de pinos
e “pull-off” e maturidade, em corpos de prova de concretos onde são variados alguns
parâmetros que podem influir nos resultados dos ensaios. Esses parâmetros são, além
da relação água/cimento, tipo e dimensão máxima do agregado graúdo, tipo de
cimento e tipo de cura. Nas trinta diferentes composições de concreto empregadas, é
mantido constante o volume de agregado graúdo e o de água, variando-se as
quantidades de cimento e agregado miúdo.
O relato do trabalho desenvolvido está organizado em 6 capítulos. No capítulo
2 faz-se uma abordagem geral dos métodos de ensaios não destrutivos usados para
3
avaliar a resistência à compressão do concreto e de métodos empregados para obter
outros dados relevantes das estruturas de concreto. No capítulo 3 apresenta-se a
revisão bibliográfica sobre os métodos de ensaios que são empregados nesta
pesquisa.
O programa experimental encontra-se descrito no capítulo 4. O capítulo 5
apresenta a análise dos resultados obtidos e as curvas de correlação propostas.
As conclusões do trabalho realizado e sugestões para estudos futuros estão no
capítulo 6.
No anexo I são dadas as composições de todos os concretos; no anexo II
constam definições do que é empregado na análise estatística. Gráficos de resultados
de ensaio “pull-off” realizados em estudo preliminar são apresentados no anexo III e
curvas típicas de temperatura do concreto com o tempo no anexo IV. Apresenta-se no
anexo V os gráficos do estudo de intervalos de confiança.
4
CAPÍTULO 2
MÉTODOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
2.1 – GENERALIDADES
Dentre as propriedades do concreto que podem ser avaliadas por meio de
ensaios não destrutivos, tem-se: massa específica, módulo de elasticidade e
resistência. Ainda podem ser investigadas a dureza superficial, absorção,
permeabilidade, condições de umidade, e também a localização das armaduras,
existência de vazios e fissuração.
Os ensaios considerados não destrutivos são aqueles que não causam
nenhum dano no elemento ensaiado ou deixam pequenos danos para serem
reparados após o ensaio. Eles não provocam perda na capacidade resistente do
elemento.
Estes ensaios podem ser utilizados em estruturas novas ou antigas. No caso
de estruturas novas, eles podem ser empregados para monitoramento da evolução da
resistência ou para esclarecer dúvidas sobre a qualidade do concreto. Os ensaios em
estruturas já existentes visam avaliar a sua integridade e capacidade de resistir às
solicitações.
Os métodos não destrutivos são convenientes para (BS1881:Part201, 1986):
• controle tecnológico em pré-moldados ou construções em sito;
• aceitação, ou não, de materiais fornecidos;
• esclarecimento de dúvidas a respeito da mão de obra envolvida em mistura,
lançamento, compactação ou cura do concreto, transporte;
• monitoramento do desenvolvimento da resistência visando remoção de fôrmas,
duração da cura, aplicação de protensão ou de cargas, remoção de escoramento;
• localização e determinação da extensão de fissuras, vazios e falhas de
concretagem;
5
• determinação da posição, diâmetro ou condições das armaduras;
• determinação da uniformidade do concreto;
• aumento do nível de confiança de um pequeno número de ensaios destrutivos;
• verificar a deterioração do concreto resultante de sobrecarga, fadiga, fogo, ataque
do meio ambiente;
• avaliação do potencial de durabilidade do concreto;
• monitoramento de mudanças das propriedades do concreto ao longo do tempo;
• fornecimento de informações para que se verifique se é possível mudar a utilização
de uma estrutura.
Carlsson et al (1984) relatam que os ensaios em sito realizados durante a
execução de uma estrutura são aplicáveis :
• na determinação do tempo certo para remoção de fôrmas durante o
inverno;
• quando não se tem certeza das condições de cura;
• no controle dos efeitos de aditivos químicos ou membranas plásticas que
auxiliam a cura.
2.2 – FATORES QUE INFLUENCIAM A RESISTÊNCIA DO CONCRETO
Os principais fatores que influenciam a resistência do concreto são (Almeida,
1990, Metha e Monteiro, 1994, Coutinho e Gonçalves, 1994, Neville,1997) :
• propriedades dos componentes: cimento, agregados, aditivos químicos e adições
minerais;
• proporções dos componentes: relação água/cimento, e relação agregado/cimento;
• condições de cura e idade.
A resistência do concreto das estruturas é controlada por meio de ensaios de
corpos de prova cilíndricos ou cúbicos, sendo estes moldados, curados e rompidos de
6
acordo com as normas técnicas de cada país. No entanto, sabe-se que as
propriedades do concreto em sito variam de acordo com o elemento estrutural (laje,
viga, pilar), devido principalmente às diferenças de compactação, cura e exudação,
sendo a resistência do concreto na estrutura menor do que a obtida de ensaios em
corpos de prova - padrão.
Bungey (1989) apresenta a tabela 2.1 com valores comparativos entre a
resistência em sito obtida por extração de testemunhos e corrigida para representar a
resistência obtida em cubos, e a resistência de corpos de prova moldados (cúbicos). O
autor cita que, de um modo geral, estes valores podem ser considerados como típicos,
pois existem trabalhos publicados onde verificou-se a resistência obtida em sito mais
próxima da obtida em corpos de prova-padrão.
Tabela 2.1 – Comparação entre a resistência em sito e em cubo - padrão
(Bungey, 1989)
Relação entre a resistência obtida em testemunhos e de
corpos de prova – padrão, aos 28 diasElemento estrutural
Média Intervalo
Pilar 65% 55% - 75%
Parede 65% 45% - 95%
Viga 75% 60%- 100%
Laje 50% 40% - 60%
De acordo com Bartlett e MacGregor (1996), a resistência à compressão do
concreto na estrutura deve ser analisada levando-se em consideração as seguintes
relações:
r1 = relação entre a resistência média de corpos de prova padrão (cilindros) e a
resistência característica do concreto aos 28 dias;
7
r2 = relação entre a resistência média obtida em sito e a resistência média de
corpos de prova - padrão (cilindros) aos 28 dias.
A relação r1 refere-se à qualidade do material produzido para uma determinada
resistência do concreto, que é verificada por meio de corpos de prova moldados,
curados, capeados e ensaiados de acordo com as normas técnicas. O valor de r2
depende do tamanho e do tipo de elemento estrutural.
Desta forma a relação entre a resistência do concreto na estrutura (fc,is) e a
resistência característica (fck) pode ser obtida por meio da equação 1:
fc,is=r1 x r2 (fck) (1)
Para obter a relação r2, Bartlett e MacGregor (1996) utilizaram testemunhos
extraídos entre o topo e a base de diferentes elementos estruturais, tais como pilares,
paredes, blocos. Também foram extraídos testemunhos de laje. A média da
resistência obtida em sito aos 28 dias foi cerca de 95% da resistência de cilindros-
padrão aos 28 dias para vigas e lajes, e 103% para elementos mais altos, como
pilares, paredes e blocos.
Segundo Bartlett e MacGregor (1999), as variações da resistência em sito de
uma estrutura de concreto devem-se às : variações inerentes a cada betonada,
variações entre betonadas, variações próprias de cada elemento estrutural e variações
entre os elementos estruturais. A variação entre betonadas pode aumentar a variação
da resistência do elemento estrutural se cada um for moldado empregando-se várias
betonadas, ou aumentar a variação entre elementos se cada um for moldado com uma
única betonada. Assim, para uma avaliação global da resistência do concreto numa
estrutura é necessário conhecer o número de betonadas representadas pela
amostragem de cada local selecionado.
8
2.3 – MÉTODOS PARA AVALIAÇÃO DE RESISTÊNCIA DO CONCRETO
Para que os métodos de ensaio em sito sejam utilizados para avaliar a
resistência do concreto, são necessárias curvas de correlação entre os resultados
destes ensaios e a resistência à compressão do concreto. Geralmente, os fabricantes
dos equipamentos para estes ensaios fornecem estas curvas, porém estas são
desenvolvidas usando materiais disponíveis no país deste fabricante, e, ao serem
empregadas numa localidade onde há outros tipos de materiais, a resistência pode ser
avaliada com erros consideráveis.
O procedimento mais adequado é determinar curva de calibração própria para
o concreto sob investigação, e a cada mudança no fornecimento de materiais
determinar nova curva (Malhotra, 1984).
Os ensaios não destrutivos não são substitutos dos ensaios de resistência à
compressão em corpos de prova-padrão (Malhotra, 1984).
2.4 - CORRELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E AS
GRANDEZAS MEDIDAS NOS ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
Para estimar a resistência à compressão do concreto torna-se necessário
conhecer a relação entre os resultados dos ensaios em sito e a resistência do
concreto, obtida a partir de curvas determinadas empiricamente. Um exemplo de curva
de correlação é dado na figura 2.1.
9
Figura 2.1 – Exemplo de curva de correlação para estimar a resistência (ACI
228.1R ,1989).
De acordo com o comitê 228 do ACI (ACI 228.1R 1989), a curva de correlação
é feita usando-se corpos de prova-padrão (cilindros ou cubos), porém também pode-
se utilizar testemunhos para obtenção da resistência à compressão do concreto.
Antes de empregar o ensaio não destrutivo no campo, é recomendável
estabelecer a correlação por meio de um programa de ensaios no laboratório. Este
programa de ensaios envolve a preparação dos corpos de prova, usando os mesmos
materiais do concreto que serão empregados na obra.
Para alguns ensaios não destrutivos é possível realizar no corpo de prova
primeiramente o ensaio não destrutivo e, em seguida, o ensaio para obter a resistência
à compressão. No entanto, na maioria dos casos, os ensaios são realizados em
separado, tendo-se corpos de prova distintos para os ensaios de resistência à
compressão e para os ensaios não destrutivos. É, entretanto, extremamente
importante que ambos os grupos de corpos de prova tenham mesmas condições de
compactação e maturidade. As condições de cura devem assegurar que a temperatura
interna desenvolvida nos corpos de prova seja similar (ACI 228.1R ,1989).
Para interpretar resultados de ensaios não destrutivos, deve-se considerar a
condição dos corpos de provas, se molhados ou secos, pois nos ensaios em corpos
10
de provas secos a resistência obtida é cerca de 10% a 15% maior. Assim, é
importante que se conheça em que circunstância uma determinada curva de
correlação foi obtida (Bungey, 1989).
O comitê 228 do ACI (ACI 228.1R 1989) recomenda que a curva de correlação
seja feita a partir de no mínimo 6 níveis de resistência, sendo que estes níveis podem
ser relativos a um mesmo concreto ensaiado em idades diferentes. Para que os
ensaios não destrutivos e os de resistência à compressão apresentem o mesmo grau
de confiança, pode-se adotar a seguinte relação :
2




=
c
nd
c
nd
n
n
δ
δ
 (2)
onde
nnd = número de ensaios não destrutivos;
nc = número de ensaios de resistência à compressão;
δnd = coeficiente de variação dos ensaios não destrutivos;
δc = coeficiente de variação dos ensaios de resistência à compressão.
A tabela 2.2 apresenta o número de medições individuais a serem
consideradas na obtenção do valor médio do ensaio em sito em cada local a ser
avaliado, segundo diferentes fontes.
11
Tabela 2.2 – Número de medições para cada local de ensaios
Ensaio em sito ACI228.1R-89* BS 1881:
Part207,1992
Bungey ,1989
Extração de testemunhos 3 - 3
Esclerometria 12 - 12
Ultra-som 5 - 1
Resistência à penetração 3 3 3
“Pull-out” 6 4 8
“Pull-off” - 6 3
* Número de medições necessárias para que seja obtido o mesmo grau de
confiança do ensaio de resistência à compressão ensaiando-se 2 corpos de prova
cilíndricos.
Para o ensaio de “pull-out”, Khoo(1984) recomenda o uso de 6 chumbadores
para cada 50 m3 de concreto.
2.5 – MÉTODOS ELETRÔNICOS, MAGNÉTICOS, NUCLEARES,
RADIOATIVOS, EMISSÃO ACÚSTICA E PERMEABILIDADE
Ao se avaliar as condições de uma estrutura de concreto, além da resistência
do concreto, outras informações obtidas em sito podem ser necessárias : posição,
diâmetro e condições das armaduras (nível de corrosão), teor de umidade, ocorrência
de fissuras e descontinuidade, e a localização de falhas e vazios no concreto
(Malhotra,1984). Os métodos mencionados a seguir são usados para conseguir estas
informações.
2.5.1 - Métodos magnéticos
Existem instrumentos comercialmente disponíveis que podem detectar a
posição das armaduras dentro do concreto. Os aparelhos baseiam-se no princípio de
que a presença do aço afeta um campo eletromagnético . Eles dão informações sobre
o cobrimento, o diâmetro e a localização das armaduras (Malhotra,1984, ACI-
364,1993, Metha e Monteiro, 1994).
12
Esses equipamentos são portáteis e apresentam bons resultados quando o
concreto é pouco armado. No caso de elementos muito armados, o efeito da armação
secundária não pode ser eliminado, dificultando uma determinação satisfatória do
cobrimento (Malhotra,1984, ACI-364,1993).
2.5.2 - Métodos eletrônicos
Os métodos eletrônicos têm sido usados emestruturas de concreto para
investigar corrosão das armadura, espessura de lajes e o teor de umidade do concreto
endurecido (Malhotra,1984, ACI-364,1993).
A avaliação do estado das armaduras com relação à corrosão é feita por meio
da estimativa do potencial elétrico da armadura em relação ao eletrodo de referência
(Malhotra,1984).
O método de determinação da espessura das lajes baseia-se no princípio de
que o material sujeito ao ensaio oferece resistência à passagem da corrente elétrica
que passa através dele (Malhotra,1984).
O fundamento adotado para estimar o teor de umidade do concreto é que a
condutividade do concreto muda com a mudança do teor de umidade. (Malhotra,1984,
ACI-364,1993).
2.5.3 - Métodos radioativos
Os métodos radioativos compreendem a radiografia e a radiometria. Existem 3
métodos para serem usados nos ensaios de concreto : radiografia com raio-X,
radiografia com raio-γ e radiometria com raio-γ (Bungey, 1989).
Por meio da radiografia é obtida a imagem do interior do concreto empregando-
se uma fonte radioativa para revelar a posição e as condições das armaduras, dos
vazios, das segregações, do grauteamento nas bainhas nos elemento protendidos, e
das fissuras.
13
No caso da radiometria, raios-γ gerados pelo “radioisotope” passam através do
concreto, e a intensidade da radiação emergente é detectada pelo “scintillation
counter”e medida por um equipamento eletrônico. As medições são obtidas pela
radiação que passa pela massa de concreto, ou por meio da radiação que é refletida
na mesma superfície pela colisão dos eletrons dentro do concreto. Em ambos os
casos, a massa por unidade de área do concreto é a propriedade que tem maior
influência na atenuação do fluxo dos raios, e também no valor da radiação. Por meio
deste método pode ser obtida a densidade do concreto, a espessura do elemento, e a
presença de armadura (Molhotra,1984, BS1881:Part201, 1986).
A radiografia com raio X tem sérias limitações devido ao custo elevado e ao
equipamento de alta voltagem, não sendo muito apropriado para as aplicações em
loco, mas de grande valor em laboratório. O equipamento de raio-γ é portátil e mais
apropriado para ser usado em sito. O equipamento usado na radiometria com raio-γ é
portátil e de fácil utilização em sito (Malhotra,1984, BS1881:Part201, 1986, Bungey,
1989).
2.5.4 - Métodos de emissão acústica
Nos últimos anos este método tem sido usado nas investigações da iniciação e
do crescimento de fissura no concreto sob tensão. Emissões acústicas são ondas de
pequena amplitude geradas por deformações localizadas em pontos do concreto que
estão além do seu limite elástico (Malhotra,1984). Durante o crescimento das fissuras
ou deformação plástica, a liberação rápida da energia de deformação produz ondas
acústicas que podem ser detectadas por sensores em contato com a superfície do
elemento ensaiado (ACI-364,1993).
14
2.5.5 - Método Eco-Impacto
Técnicas de reflexão de pulsos são usadas principalmente nas análises de
ondas que contornam os vazios e descontinuidades internas do concreto. A reflexão
pode ser gerada por golpes de martelo ou por outros meios mecânicos
(Malhotra,1984, ACI-364,1993).
A vantagem deste ensaio é que pode ser realizado quando apenas uma face
da superfície do concreto está disponível . Porém, a interpretação das ondas refletidas
no osciloscópio não é fácil e depende da experiência do operador (Malhotra,1984).
2.5.6 – Método da Freqüência de Ressonância
Neste método determina-se a freqüência fundamental de ressonância do corpo
de prova, podendo-se calcular o módulo de elasticidade dinâmico do concreto. A
vibração pode ser aplicada em modo longitudinal, transversal ou torsional. A figura 2.2
apresenta o esquema de ensaio, onde o emissor é ativado por um oscilador de
frequência variável num intervalo de 10Hz a 10.000Hz. O coletor recebe as vibrações
amplificadas e sua amplitude é medida por um indicador adequado (Neville, 1997)
Figura 2.2 – Disposição do equipamento para determinação do módulo de
elasticidade dinâmico por vibração longitudinal (Neville, 1997)
15
2.5.7 – Termografia Infra-vermelho
Por meio deste ensaio são medidas e gravadas emissões de calor da estrutura.
Como a taxa de emissão de calor é influenciada pelas fissuras e outras
descontinuidades, os “scanners” mostraram a diferença entre a emissão de calor dos
concretos sem e com descontinuidades (Malhotra,1984, ACI-364,1993, Bungey, 1989).
Este método têm sido usado para determinar deteriorações em chaminés e
tabuleiros de pontes . Os resultados dos ensaios são influenciados pelas condições do
concreto, como por exemplo teor de umidade (Malhotra,1984).
2.5.8 - Ensaios de permeabilidade
A permeabilidade do concreto tem sido um critério de projeto muito importante
tanto no caso de estrutura que deve impedir a passagem de água, como por exemplo
as barragens, como em estruturas expostas ao meio ambiente agressivo
(Malhotra,1984).
Figg, em 1973, apresentou um ensaio para verificar a permeabilidade do
concreto à água e ao ar. A partir dai, variações do seu ensaio foram apresentadas na
literatura técnica internacional. A BS 1881 : Part 210 apresenta o método de ensaio de
permeabilidade baseado no que foi apresentado por Figg (Bungey, 1989).
2.5.9 – Métodos nucleares
Estes métodos são aplicados para estimar os teores de umidade e de cimento
do concreto endurecido. Eles baseiam-se na dispersão de neutrons para determinação
do teor de umidade e na ativação de neutrons para determinar o teor de cimento. No
caso do teor de umidade parte-se do princípio de que materiais (como por exemplo a
água) diminuem a velocidade dos neutrons de acordo com a quantidade de hidrogênio
produzido por eles (Malhotra,1984, ACI-364,1993).
16
2.5.10 - RADAR (Radio Detection and Ranging)
Este método é baseado no princípio da reflexão de ondas eletromagnéticas
pelo concreto. Pode-se com ele detectar vazios, e também medir a espessura dos
pavimentos (Malhotra,1984,ACI-364,1993).
Pode ser usado quando apenas a superfície está disponível, porém o
equipamento é caro, e torna-se necessário um ótimo planejamento de ensaio e prática
para avaliação dos resultados (Malhotra,1984,ACI-364,1993).
17
CAPÍTULO 3
MÉTODOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS PARA AVALIAR A
RESISTÊNCIA DO CONCRETO
Aqui são abordados os métodos empregados nesta pesquisa : velocidade de
propagação de ondas ultra-sônicas, esclerometria, penetração de pinos, “pull-off” e
maturidade. Para cada ensaio é feita uma revisão bibliográfica sobre o método, as
vantagens e limitações, as aplicações, a acurácia, os fatores que o influenciam e sua
normalização.
3.1 – MÉTODO DO ULTRA – SOM
As primeiras publicações sobre medições de velocidade de pulsos
mecanicamente gerados apareceram nos Estados Unidos em meados de 1940.
Constatou-se que a velocidade depende das propriedades elásticas do material e
quase não depende da sua geometria (Bungey ,1989).
De acordo com Chung e Law (1983), nos anos 60 foi desenvolvido um
equipamento portátil, operado com bateria e com o tempo de trânsito num mostrador
digital.
3.1.1 - Descrição do método
A velocidade de ondas ultra-sônicas transitando em um material sólido
depende da densidade e das propriedades elásticas desse material, como pode ser
visto na equação 1 (Bungey, 1989, Pundit Manual, 1994).
ρ
dKEV = (1)
18
com ( )( )( )νν
ν
211
1
−+
−
=K
onde
V = velocidade da onda , km/s
Ed = módulo de elasticidade dinâmico, kN/mm2
ρ = massa específica , kg/m3
ν = coeficiente de Poisson dinâmico
O método baseia-se no fato de que a velocidade de propagação das ondas é
influenciadapela qualidade do concreto. O ensaio consiste na medição, por meio
eletrônico, do tempo de propagação de ondas ultra-sônicas através do concreto, entre
o emissor e o receptor. O comprimento percorrido entre os transdutores dividido pelo
tempo de propagação, resulta na velocidade média de propagação da onda
(Malhotra,1984).
A velocidade da onda depende principalmente dos seguintes fatores:
coeficiente de Poisson, módulo de elasticidade e massa específica do concreto, e
também da presença de armadura (Bungey, 1989, Popovics et al,1995).
O ensaio de ultra-som pode ser feito com 3 tipos de transmissão : direta,
indireta e semi-direta, como pode ser visto na figura 3.1.
19
Figura 3.1 – Tipos de transmissão no ensaio de ultra-som (Bungey,1989)
Yaman et al (2001) citam que no campo nem sempre é possível o acesso a
superfícies opostas, por exemplo em pavimento e pontes, e torna-se necessário o
ensaio de transmissão indireta. Assim, foi feita uma pesquisa comparando as
transmissões direta e indireta, e foi constatado que as medições de transmissão
indireta são estatisticamente similares às medições de transmissão direta em lajes
com propriedades uniformes, incluindo a umidade ao longo da superfície e da
espessura.
3.1.2 - Vantagens e limitações
O equipamento para este ensaio é de fácil operação e de custo não muito
elevado. O ensaio correspondente a este método é completamente não destrutivo, e
pode avaliar o concreto em toda a espessura do elemento estrutural, caso seja feita a
transmissão direta (Swamy e Al-Hamed, 1984, Phoon et al , 1999).
A boa ligação entre o concreto e o transdutor é um ponto crítico do método,
assim como a interpretação dos resultados, que pode ser difícil. (Malhotra,1984,
Sturrup et al,1984, ACI-364,1993).
20
A relação entre velocidade da onda e resistência pode ser confundida devido à
presença de fissuras, vazios e demais descontinuidades do concreto (Sturrup et
al,1984).
Segundo Phoon et al (1999), não há uma correlação única para a relação entre
velocidade da onda e a resistência devido à influência de vários fatores como as
propriedades e proporções dos materiais que compõem o concreto, idade e teor de
umidade.
Popovics (2001) ressalta que não há uma relação teórica entre resistência e
velocidade de propagação nem mesmo para materiais homogêneos e linearmente
elásticos.
3.1.3 - Aplicações
O método possibilita estimar a uniformidade e a resistência à compressão
(quando correlacionada previamente) do concreto. Também pode ser usado para
investigar danos provocados pelo fogo, congelamento e agentes químicos (Chung e
Law, 1983, Selleck et al, 1998).
As descontinuidades (vazios) no interior do concreto podem ser detectadas
devido às diferenças da velocidade de propagação das ondas (ACI-364,1993) .
As curvas de correlação entre velocidade da onda e resistência do concreto
obtidas nas idades iniciais (3 dias) não se aplicam para idades mais avançadas (28
dias, 91 dias). Para uma dada composição de concreto, quando a resistência à
compressão aumenta com a idade, há um pequeno aumento da velocidade, porém
não na mesma proporção. Desta forma, ao atingir-se uma determinada idade, a
velocidade não é mais sensível ao aumento de resistência (ACI 228,1989).
Há autores (Elvery e Ibrahim, 1976, Soshiroda e Voraputhaporn,1999) que
apresentam equações para se estimar a resistência à compressão aos 28 dias a partir
de ensaios de ultra-som feitos nas primeiras idades do concreto (ver item 5.6.2).
21
3.1.4 - Acurácia
Dos ensaios em sito, o método do ultra-som é um dos que apresentam as
menores variações. O coeficiente de variação para o ensaio realizado em laboratório é
da ordem de 2% (Malhotra,1984).
Segundo Facaoaru (1984), a acurácia da estimativa de resistência pelo método
do ultra-som é a seguinte :
a) 12 a 16% - quando estão disponíveis corpos de prova ou testemunhos e se
conhece a composição do concreto,
b) 14 a 18% - quando estão disponíveis apenas corpos de prova ou
testemunhos,
c) 18 a 25 % - quando se conhece apenas a composição do concreto,
d) acima de 30 % - quando não estão disponíveis corpos de prova ou
testemunhos e nem se conhece a composição do concreto, dependendo apenas da
experiência do profissional e da existência de dados auxiliares.
De acordo com Gonçalves (1986) em condições ideais, ou seja, com calibração
feita em concretos idênticos aos que serão analisados em sito, a acurácia pode ser de
+ 20 %. Em caso contrário, poder-se-ão cometer erros de +50 % .
Segundo Popovics (2001) a estimativa da resistência á compressão por meio
do ensaio de ultra-som apresenta uma acurácia de +20% quando obtida em
laboratório, e que no campo esse erro pode ser bem maior.
3.1.5 – Fatores que influenciam os resultados do ensaio
Segundo o Manual da Pundit (1994), assim como diversos pesquisadores
(Almeida, 1993, Swamy e Al-Hamed, 1994, Sturrup et al, 1994, Focaoaru, 1994,
Phoon et al, 1999, Meneghett, 1999), a estimativa da resistência pode ser influenciada
principalmente pelo tipo de agregado, relação agregado/cimento, idade do concreto,
dimensão e graduação dos agregados e condições de cura.
22
3.1.5.1 – Condições da Superfície
De acordo com as normas técnicas internacionais, a superfície do concreto
deve ser lisa para garantir o perfeito acoplamento dos transdutores ao mesmo. E
também deve-se evitar as superfícies que receberam acabamento, pois o concreto
nesta superfície pode não ser representativo daquele do restante da peça.
Para o caso de superfícies curvas, há alternativa de usar transdutores com
contato pontual; no entanto, o nível de energia destes são menores, e ainda existem
restrições quanto à distância entre os transdutores além da qual os pulsos não são
mais recebidos (Chung e Law, 1983).
3.1.5.2- Tipo e quantidade do agregado graúdo
Sturrup et al (1984) investigaram a relação entre velocidade e resistência à
compressão para concretos com os seguintes tipos de agregados : brita e seixo
(agregados convencionais), cinza volante sinterizada (agregado leve) e ilmenita
(agregado pesado). Verificou-se que, para uma determinada resistência à
compressão, a diferença entre a velocidade de propagação de onda nos dois
concretos convencionais e no concreto pesado foi pequena, mas para o concreto leve
a diferença entre as velocidades de propagação foi maior (figura 3.2) . Nesta
investigação não foi considerada a influência da proporção de agregado graúdo na
composição do concreto.
23
Figura 3.2 - Influência do tipo de agregado na relação entre V e resistência à
compressão do concreto (Sturrup et al ,1984).
Esses autores observaram ainda que, para um determinado nível de
resistência , a velocidade de propagação da onda é maior no concreto do que na
argamassa, que por sua vez é maior do que na pasta.
Chung e Law (1983) citam que, em geral, os agregados graúdos e miúdos têm
módulo de elasticidade e velocidade de propagação da onda maiores do que o da
pasta de cimento. Assim, o concreto com agregados de massas específicas maiores
ou com maiores quantidades de agregado apresentam maior velocidade. Na tabela 3.1
constam as velocidades de propagação da onda. para diferentes tipos de rocha dadas
por esses autores.
24
Tabela 3.1 – Intervalos de velocidade de ondas ultra-sônicas para alguns tipos
de rocha (Chung e Law, 1983)
Tipo de rocha V (km/s)
Basalto 5,27 - 6,02
Dolomita 4,37 - 6,09
Granito 4,00 - 5,79
Calcário 3,91 - 5,78
Arenito 2,55 - 4,23
Quartzito 5,57 - 5,72
Quanto à dimensão máxima do agregado, Sturrup et al (1984) verificaram que
nas idades de 3 dias, 7 dias e 28 dias, os concretos com agregados de maior
dimensão (40mm), nos quais houve aumento da proporção do agregado graúdo,
apresentaram menorresistência para um determinado nível de velocidade (figura 3.3) .
Tomsett (1980) comparando concretos feitos com agregados de Dmáx. = 20mm
e com Dmáx.=10mm verificou que, para uma determinada resistência à compressão, a
velocidade é menor no concreto com menor Dmáx.
Nogueira e Willam (2001) compararam cinco composições : concreto com
agregado de Dmáx de 12,5 mm, concreto com agregado de Dmáx de 9,5mm, concreto
com agregado de Dmáx de 4,75mm, argamassa e pasta de cimento. Manteve-se
constante a relação água/cimento de 0,55 para os concretos e de 0,50 para
argamassa e a pasta de cimento. O maior valor de velocidade de propagação da onda
foi obtido para o concreto com agregado de Dmáx de 12,5 mm, enquanto que a maior
resistência à compressão foi do concreto com agregado Dmáx de 9,5mm, e explicou-se
que esta diferença provavelmente está relacionada à distribuição granulométrica da
composição, já que não foi alterada a relação água/cimento.
25
A comparação entre argamassa e concreto com agregado de Dmáx de 4,75mm
apresentou uma diferença de 1,25% do valor obtido para a velocidade de propagação
de ondas ultra-sônicas e diferença de 19,37% para resistência à compressão. As
velocidades mais altas foram obtidas no concreto com agregado Dmáx de 4,75mm.
Figura 3.3 – Influência da dimensão máxima do agregado na relação entre V e
resistência à compressão (Sturrup et al ,1984)
3.1.5.3- Proporções da mistura
Para cinco concretos com materiais similares, porém com diferentes relações
água/cimento e agregado/cimento, Sturrup et al (1984) observaram nas idades de 12h
a 91 dias, que, para uma determinada velocidade, a resistência diminui quando a
relação água/cimento diminui, ou quando o teor de cimento aumenta. Os resultados
encontram-se na figura 3.4.
Para resistências mais baixas (idades iniciais) a influência do
proporcionamento da composição é menor do que para resistências mais elevadas
(idades mais avançadas).
26
Figura 3.4 – Relações entre V e resistência à compressão de concretos com
composições diferentes e ensaiados em diferentes idades (Sturrup et al, 1984).
Elvery e Ibrahim (1976), ao investigarem a influência da relação
agregado/cimento, constataram que as variações na quantidade de agregado têm uma
influência significativa na correlação fc e V. Segundo os autores, isto ocorre devido ao
agregado ter maior módulo de elasticidade do que o da pasta de cimento. Assim,
pode-se esperar que, ao aumentar a fração do volume de agregado no concreto,
mantendo-se os demais parâmetros constantes, a velocidade seja maior.
Ao analisar a influência da relação água/cimento, Elvery e Ibrahim (1976)
mantiveram constante a relação agregado/cimento, e observaram que a correlação
entre fc e V independe da variação da relação água/cimento.
Chung e Law (1983) relatam que a correlação entre fc e V varia principalmente
com o tipo e a proporção dos agregados na composição do concreto. Os autores citam
27
que o tempo de trânsito dos pulsos no concreto é igual à soma dos tempos de trânsito
no agregado graúdo, no agregado miúdo e na pasta de cimento.
Nogueira e Willam (2001) relatam que a relação água/cimento não influencia
significativamente a velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, pois esta
relaciona-se principalmente com as propriedades elásticas (módulo de elasticidade,
coeficiente de poisson e massa específica) do concreto e não com a sua resistência.
3.1.5.4 - Tipo do cimento
Sturrup et al (1984) utilizaram cimento ASTM tipo I (cimento Portland comum) e
ASTM tipo III (cimento Portland de alta resistência inicial) em concretos ensaiados nas
idades de 12 horas a 91 dias (figura 3.5). Eles constataram que valores para
velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas entre 3,5 e 4,5km/s representaram
menor resistência para concreto com cimento Portland comum do que para o concreto
com cimento Portland de alta resistência inicial, sendo neles empregada a mesma
quantidade de cimento (360kg/m3), porém com relações água/cimento e
agregado/cimento variáveis. No ensaio de ultra-som a diferença entre os concretos
com cimento Portland comum e de alta resistência inicial não se mostrou significativa ,
como pode ser visto na figura 3.5.
28
Figura 3.5 - Relação entre V e idade, resistência à compressão e idade para
concretos com teores e tipos de cimento e temperatura de cura diferentes (Sturrup et
al, 1984).
Para investigar a influência do tipo de cimento, Elvery e Ibrahim (1976)
realizaram ensaios utilizando cimento Portland comum (ASTM tipo I), cimento de alta
resistência inicial (ASTM tipo III) e cimento aluminoso, mantendo-se constantes as
relações agregado/cimento e água/cimento. Para o ensaio de ultra-som, os autores
verificaram que, durante os 2 primeiros dias, houve uma diferença maior entre as
29
curvas feitas para cada tipo de cimento do que nas idades de 7dias, 14 dias e 28 dias.
As correlações entre fc e V para os dois tipos de cimento Portland foram idênticas,
porém diferentes da para o cimento aluminoso.
3.1.5.5 – Temperatura
De acordo com a RILEM NDT 1(1972), a velocidade das ondas ultra-sônicas é
influenciada pela temperatura, caso esta apresente-se superior a 30ºC e inferior a 5oC.
Para temperaturas de 40ºC a 60oC, há redução da velocidade causada por
microfissuração interna do concreto que não corresponde à redução na resistência à
compressão do concreto. Na situação de congelamento do concreto, a velocidade de
propagação das ondas de ultra-som é maior devido à água que se congelou no interior
do concreto.
Elvery e Ibrahim (1976) realizaram uma série de ensaios em concretos onde
foram mantidas constantes as relações agregado/cimento (5,0) e água/cimento (0,45),
e variou-se a temperatura de cura de 5oC a 60oC. Foi verificado que, na idade de 7
horas, a velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas variou de 0,35km/s a 4,20
km/s e a resistência à compressão de 0,05 MPa a 14 MPa. Após 10 dias a velocidade.
manteve-se constante, 4,50 km/s, para temperaturas de 5 oC a 30 oC , embora
houvesse uma diferença significativa na resistência à compressão (25 MPa a 35 MPa).
A influência da temperatura na ocasião da preparação do concreto foi
investigada por Abbasi e Al-Tayyib (1996). Para a série de ensaios onde a temperatura
variou de 32oC a 50oC verificou-se que a velocidade diminuiu com o aumento da
temperatura no concreto.
Meneghetti (1999) realizando ensaios nas idades de 12 h, 16 h, 24 h e 3 dias
em concretos mantidos com temperaturas de 25o C, 35º C e 45ºC, verificou que os
submetidos a 45 º C apresentaram velocidades menores do que os conservados a
25ºC e 35ºC.
30
3.1.5.6 - Teor de umidade do concreto
Segundo Chung e Law (1983), o teor de umidade do concreto tem uma
pequena influência na velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas, e ensaios em
laboratório num concreto na condição saturada resultaram numa velocidade cerca de
2 % maior do que no concreto na condição seca.
Sturrup et al (1984) obtiveram relações entre velocidade e resistência à
compressão para pasta, argamassa e concreto, tanto em condições úmidas quanto
secas, e constataram que, para uma determinada resistência à compressão, a
velocidade é maior em condições úmidas do que secas.
Ohdaira e Masuzawa (2000) investigaram a influência do teor de água na
propagação de ondas ultra-sônicas no concreto (mantiveram-se constantes as
relações água/cimento e a porcentagem de agregado miúdo). Os corpos de prova
permaneciam imersos em água até a idade de 50 dias, e a cada data de ensaio eram
secos com um secador e o teor de água calculado. Eles constataram que a velocidade
diminuiu na proporção em que também diminui o teor de água, provavelmente devido
ao fato de que quando há água suficiente para preencheros vazios do concreto a
velocidade é maior.
Também segundo Popovics (2001), há um aumento da velocidade em
concretos com maior umidade. Ele ressalta, no entanto, que o oposto ocorre com a
resistência à compressão.
Coutinho, apud Almeida (1993), apresenta os seguintes valores para
propagação de ondas sonoras:
• No ar: 330 m/s
• Na água: 1450 m/s
• Na pasta de cimento: de 3500 m/s a 4000 m/s
• Nos agregados: de 4200 m/s a 5000 m/s.
31
3.1.5.7 - Presença de armaduras e fissuras
No caso do concreto não apresentar armaduras, fissuras ou vazios, as ondas
sonoras percorrem o menor caminho , isto é , uma linha reta entre os dois
transdutores.
Se existem armaduras localizadas paralelamente ao caminho das ondas,
dependendo da proximidade dos transdutores , as ondas podem transitar parte através
do concreto e parte através do aço. Como a velocidade das ondas é maior no aço do
que no concreto (1,2 a 1,9 vezes), o primeiro pulso a chegar no transdutor receptor
percorreu o concreto e o aço, o que acarreta um aumento da velocidade de
propagação (Sturrup et al,1984, RILEM NDT1, 1972).
Bungey (1989) cita que, nos casos onde não se pode evitar a presença das
barras de aço, torna-se necessário fazer uma correção nos valores obtidos para que
se possa estimar a velocidade de propagação no concreto. A figura 3.8 apresenta
valores propostos pelas normas BS 1881: Part 203(1986) e RILEM NTD1(1972). Os
símbolos usados nesta figura são definidos nas figuras 3.6 e 3.7.
Figura 3.6 – Influência de barras transversais ao percurso da onda
(Bungey,1989).
32
Figura 3.7 – Influência de barras paralelas ao percurso da onda (Bungey,1989).
Bungey (1989) verificou que a zona de influência das barras transversais ao
percurso é significativamente menor do que a das barras longitudinais, sendo que
barras transversais de diâmetro inferior a 20mm praticamente não são detectadas em
concreto onde tem-se velocidade acima de 4,0 km/s, porém para barras longitudinais
com diâmetros superiores a 6 mm paralelas ao percurso das ondas, a influência é
significativa.
33
Figura 3.8– Fatores de correção para barras transversais e longitudinais.
(Bungey , 1989)
Chung e Law (1983) citam que a influência não é significativa se a barra
encontra-se na posição transversal a dos pulsos e a quantidade de barras é pequena
em relação a distância entre os transdutores. Se as barras estiverem paralelas ao
caminho dos pulsos e o diâmetro superior a 10mm a influência torna-se significativa.
Os autores apresentam a equação 2 que pode ser usada quando houver a presença
do aço.
( ) dVVe /90,540,1090,5 −−= (2)
onde
Ve = velocidade de propagação efetiva, em km/s
V = velocidade de propagação no concreto, em km/s
d = diâmetro da barra, em mm
34
Knab et al (1983) citam que a detecção de fissuras usando o ultra-som baseia-
se no princípio de que a amplitude e a direção da propagação dos pulsos são
modificadas quando encontram uma fissura.
Se uma fissura superficial intercepta o caminho das ondas , estas contornam a
fissura, resultando num tempo de trânsito maior. A velocidade das ondas sonoras
depende do comprimento da fissura e se está preenchida com ar ou água, pois a
velocidade é maior na água do que no ar (Sturrup et al,1984).
3.1.5.8 – Comprimento de propagação de onda, forma da peça e
frequência do transdutor-emissor
A RILEM NDT1(1972) recomenda um comprimento mínimo para propagação
das ondas a fim de evitar que os transdutores fiquem muito próximos, pois neste
último caso os resultados seriam significativamente influenciados pela
heterogeneidade do concreto :
• 100 mm para o concreto com agregado de dimensão máxima menor que 30mm;
• 150 mm para o concreto com agregado de dimensão máxima menor que 45mm.
Para o concreto são apropriados transdutores com frequências entre 20 e 150
kHz, sendo o mais utilizado o de 54kHz, disponível comercialmente em diversos
países. A escolha da frequência do transdutor decorre do tamanho do elemento
estrutural a ser investigado, pois a distância a ser percorrida não deve ser menor do
que o comprimento da onda (λ), sendo que λ = velocidade do pulso/frequência de
vibração. A dimensão máxima dos agregados graúdos também deve ser inferior ao
comprimento da onda (λ) para evitar a redução da energia da onda e a possível perda
de sinal no receptor (Bungey, 1989)
De acordo com a RILEM NDT1(1972), ondas com frequências mais elevadas
são atenuadas mais rapidamente do que as de frequências mais baixas. Segundo esta
35
mesma norma, dependendo das dimensões da peça analisada, a frequência mínima
dos transdutores usados deve ser a dada na tabela 3.2.
Tabela 3.2 - Recomendação da RILEM para frequência mínima do transdutor
emissor de acordo com as dimensões da peça .
Comprimento
(mm)
Frequência
(kHz)
Dimensão transversal
mínima do elemento (mm)
100-700 ≥ 60 70
200 - 1500 ≥40 150
>1500 ≥20 300
Popovics et al (2000) relatam que as aplicações do ultra-som no ensaio de
concreto não seguem o mesmo avanço que em outras áreas da engenharia e da
medicina; nos demais métodos de ultra-som as freqüências variam de 1 a 15 MHz. Os
autores citam que com altas freqüências (acima de 500 kHz) torna-se melhor a
detecção de pequenos defeitos, na ordem de milímetros.
3.1.6 – Normalização
Komlos et al (1996) realizaram um estudo comparando normas para ensaio de
ultra-som de diferentes países. Os autores constataram que nas normas da ASTM e
DIN não há uma abordagem detalhada sobre a estimativa da resistência à
compressão, sendo melhor nas normas russa, eslovaca, britânica, húngara e da
RILEM .
A norma brasileira (NBR 8802) não apresenta o procedimento para obtenção
da correlação entre resistência à compressão e V. No entanto, tal procedimento pode
ser encontrado na norma do Mercosul (NM 58). A tabela 3.3 apresenta comparações
entre os procedimentos de normas para o ensaio de ultra-som .
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Tabela 3.3 – Comparação entre procedimentos de normas para ensaio de ultra-som
Normas
NM58/1996
NBR8802/1994
RILEM NDT1/1972 BS1881:Part203:1986 ASTM C597/1983
Freqüência do ultra-som Acima de 20 kHz 20 a 200 kHz 20 kHz a 150 kHz* 10kHz a 150 kHz
Superfície Seca ao ar, limpa, e
plana
Plana Seca ao ar, limpa, e
plana.
Seca ao ar, limpa, e
plana
Área de ensaio para verificar
uniformidade de elementos
estruturais grandes
1m2 - - -
Distância entre os
transdutores
Precisão de + 1% Precisão de + 1% Precisão de + 1% Precisão de 0,5%
Medições de velocidade Precisão de + 1% Precisão de + 0,5% Precisão de 0,5%
* 10 kHz para comprimento muito longo e 1MHz para argamassas e graute
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3.1.7 – Recomendações quanto às curvas de calibração
A correlação entre a resistência à compressão e a velocidade de propagação
de ondas ultra-sônicas. é influenciada pela complexidade da estrutura interna do
concreto, e também por fatores que influenciam a resistência de maneira diferente da
velocidade de propagação, pois comumente a resistência é controlada pela pasta de
cimento, enquanto a velocidade é controlada pelas propriedades do agregado
(Popovics, 2001).
A RILEM NDT1 (1972) apresenta duas formas para estimar a resistência do
concreto a partir da velocidade de propagação de ondas de ultra-som :
a) A partir dos gráficos de correlação entre resistência à compressão (fc) e
velocidade de propagação de onda ultra-sônica (V) ;
b) Empregando-se equações conhecidas que correlacionam fc e V.
Os tipos de expressões mais usadas para, a partir de ajustes a dados
experimentais, correlacionam fc e V são :
fc = a V b
fc = a e bV
fc = aV2 + bV + c
onde
a, b, c = constantes.
Quando uma expressão é obtida para um