Ensaios destrutivos e não destrutivos

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FACULDADE BRASILEIRA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
ENSAIOS DESTRUTIVOS E NÃO DESTRUTIVOS PARA AVALIAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO E SUA UTILIZAÇÃO NA PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES: ENSAIOS DE CAMPO E ENSAIOS DE LABORATÓRIO
LILLIAN SABINO
SERRA – ES
2020
ENSAIOS DESTRUTIVOS E NÃO DESTRUTIVOS PARA AVALIAÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO E SUA UTILIZAÇÃO NA PATOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES: ENSAIOS DE CAMPO E ENSAIOS DE LABORATÓRIO 
LILLIAN SABINO
Trabalho apresentado à disciplina Patologia do Curso de Graduação em Engenharia Civil da Faculdade Brasileira – MULTIVIX, como requisito para avaliação.
Orientador: Daiana Valt Nepomuceno.
SERRA – ES
2020
1 INTRODUÇÃO
Considerado como o material mais utilizado na construção civil e pelo homem, o concreto é amplamente utilizado em todo tipo de construção, por ter uma característica de poder ser moldado em várias formas. Os componentes que o constituem, possuem formas, propriedade e dimensões variadas, são eles o cimento, a água, os agregados (areia e brita) e aditivos, o que torna cada vez mais importante ter-se um controle tecnológico para evitar possíveis problemas que venham ocorrer, principalmente no estado endurecido do concreto. O concreto é o material mais utilizado na construção e, pela sua característica de se moldar em várias formas, é amplamente utilizado em todo tipo de construção. (LECHETA, CONTO, 2012, p.13).
Lecheta e Conto (2012, p.13) dizem que no passado, os estudos feitos no concreto se baseavam apenas em sua resistência mecânica, porém, as estruturas envelhecem e acabam surgindo diversos problemas, com isso passou-se a estudar mais a fundo as causas das ocorrências desses defeitos e respectivas ações preventivas e corretivas. 
Com o crescimento da construção civil no âmbito mundial, ocasionou na falta de controle tecnológico do concreto, por diversos motivos, ocorreu o aparecimento de problemas no concreto, acarretando diversas dúvidas quanto a sua qualidade e durabilidade, tendo em vista as variáveis que podem ter ocorrido durante sua produção, transporte, lançamento, adensamento e cura. (LECHETA, CONTO, 2012, p.13).
Segundo Lecheta e Conto (2012, p.13), baseando-se no aparecimento de diversos problemas nas estruturas de concreto, procurou-se estudar meios e ensaios que poderiam tornar possível a verificação da qualidade e durabilidade que se encontra o concreto no seu estado endurecido, buscando a interpretação dos resultados para conseguir consertar o problema da estrutura.
Assim, se deu o aparecimento dos ensaios destrutivos e não destrutivos, para que por meio deles pudessem detectar os defeitos das estruturas de concreto, para assim conseguir corrigir os defeitos sem que afetem os usuários destas estruturas. 
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 ENSAIOS DE CAMPO 
Segundo Reginato (2017, p.33), o monitoramento das estruturas de concreto é um procedimento necessário, uma vez que a detecção preventiva dos problemas permite a utilização de métodos mais simples e econômicos para avaliação e reparo da estrutura. Essas avaliações podem ser feitas in loco, ou seja, na própria obra onde está sendo construída a estrutura, sem necessidade de sair do local pra obter os resultados.
Os ensaios de campo podem ser classificados em ensaios não destrutivos, que não danificam a estrutura, e em ensaios destrutivos, que necessitam danificar, extrair corpo de prova da estrutura para serem analisados. (GONÇALVES, 2015). 
2.1.1. Ensaios não Destrutivos para Avaliação de Estruturas de Concreto 
As falhas dos materiais, podem ser classificadas como descontinuidade e defeitos. A descontinuidade, segundo Zolin (2010, p.15), são as “imperfeições que não interferem no funcionamento de um equipamento, como vazios internos formados na estrutura do material, decorrentes do processo de fundição.”. 
Ainda de acordo com Zolin (2010, p.15), os defeitos são “uma falha em algo que é essencial para o funcionamento de um equipamento, diferentemente da descontinuidade.”. 
A grande vantagem do uso dos ensaios não destrutivos é que eles proporcionam pouco ou nenhum dano à estrutura, podem ser aplicados nas estruturas em uso e permitem que problemas possam ser detectados ainda em estágio inicial, e não é preciso fazer descarte do material ou da estrutura a ser analisada (ZOLIN, 2010). 
No entanto, para que se obtenha resultados satisfatórios e válidos desses ensaios, é fundamental que tenha pessoal qualificado, treinado e certificado, que possam conduzir o ensaio segundo o procedimento descrito por normas técnicas, e possuir equipamentos calibrados para execução dos ensaios. 
2.1.1.1 Ensaio por Ultrassom 
O ensaio por ultrassom ocorre por uma onda de som ultrassônica projetada na estrutura (imagem 1) sendo medida a velocidade de propagação da mesma, que depende de alguns fatores, como: natureza do material, porosidade e da presença de vazios ou de água no sistema de poros LORENZI et al (2008).
Através da utilização deste ensaio, pode-se realizar um controle das variações da compacidade da estrutura analisada, que pode vir a ser associada a mudanças das suas propriedades, LORENZI et al (2008).
Segundo a ASTM apud Lorenzi et al. (2008), este ensaio é utilizado para controle da qualidade, medição de espessuras, localização de defeitos e caracterização dos materiais que constituem o concreto. 
Por ser um ensaio rápido, a ultrassom oferece a chance de realizar controle total dos elementos que fazem parte da estrutura analisada, inclusive a longo tempo. Os resultados finais desta análise podem ser utilizados para prognóstico da qualidade ou para correção do processo tecnológico LORENZI et al (2008).
Imagem 1: Realização do ensaio de ultrassom
Fonte: https://dynamistechne.files.wordpress.com/2016/03/ensaio-de-ultrassom-no-concreto.jpg
2.1.1.2 Ensaio por Pacometria
 Este ensaio, serve para a detecção de armaduras, bem como seu cobrimento, que é realizado usando o detector de armadura conhecido como pacômetro, e por este motivo o ensaio leva o nome do aparelho. 
O ensaio de pacometria consiste na leitura da interação entre as amaduras e a baixa frequência de um campo eletromagnético criado pelo próprio aparelho (imagem 2). (SANTOS, 2008).
Com base nos dados recolhidos da análise, é possível identificar onde estão localizadas as barras de aço da estrutura, assim como estimar o diâmetro e cobrimentos das armaduras (SANTOS, 2008).
Ainda de acordo com Santos (2008), a base do método de ensaio está descrita em ACI 228 2R-98, para o cobrimento, distância horizontal entre as armaduras e para o diâmetro da armadura para a estrutura, as medidas encontradas podem ser obtidas em milímetros. Para iniciar o ensaio o equipamento (pacômetro) deve estar devidamente calibrado, para que não haja eventuais contratempos. 
Este ensaio consiste em atravessar os pontos anteriormente marcados com a sonda, identificando por sinal sonoro a existência de armadura nas proximidades do ponto, desta forma realiza-se a leitura do cobrimento da armadura e o espaçamento entre essas. (SANTOS, 2008). 
Para dar início ao ensaio, é de extrema importância que o aparelho usado para realizar este ensaio, esteja devidamente calibrado para que não haja eventuais. 
Imagem 2: Realização do ensaio de pacometria
Fonte: (https://www.proceq.com/pt/compare/Category/detector-de-armaduras-e-medidor-de-camada/)
2.1.1.3 Ensaio por Líquido Penetrante 
De acordo com Andreucci (2014, p.4), este ensaio é usado especialmente para detecção de descontinuidades superficiais e ainda que estejam abertas na superfície do material. Pode ser aplicado em todos os materiais sólidos, que não sejam porosos ou com superfície muito grosseira.
O ensaio por líquido penetrante consiste em penetrar um líquido, geralmente na cor vermelha, de maneira que forme um filme sobre a superfície a ser ensaiada, que, por ação do fenômeno chamado capilaridade, penetre na descontinuidade, esperando um tempo para que o líquido faça a penetração por completo (ANDREUCCI, 2014, p.5). 
Após isso, é feita toda a remoção do líquido,com os produtos adequados para esse procedimento, fazendo com que a superfície fique isenta de qualquer resíduo. Por fim, é aplicado um pó fino branco (talco), chamado revelador (Imagem 3), que age absorvendo o penetrante da descontinuidade e revelando-as (ANDREUCCI, 2014, p.5). 
Imagem 3: Aplicação do revelador e observação da indicação
Fonte: Ricardo Andreucci, 2014
2.1.1.4 Ensaio de Esclerometria
Segundo Votorantin Cimentos (Acesso em 10 de mai.2020), a esclerometria é um método empregado para determinação do valor aproximado da resistência à compressão superficial do concreto endurecido e de sua uniformidade. A realização do ensaio de esclerometria (Imagem 4) consiste em um martelo que, impulsionado por uma mola, choca-se com a área a ser ensaiada. 
Ainda de acordo com Votorantin Cimentos (Acesso em 10 de mai.2020), quanto maior a dureza da superfície ensaiada, menor será a parcela da energia que se converte em deformação permanente e maior deve ser o recuo ou a reflexão da massa martelo. O equipamento utilizado no ensaio é chamado de esclerômetro de reflexão. 
Imagem 4: Ilustração da sequência de execução do ensaio de esclerometria
Fonte: Mehta e Monteiro, 2008.
Este método consiste em submeter a superfície de concreto (imagem 5) que será analisada a um impacto de forma padronizada, utilizando uma determinada massa com uma dada energia, que faz a medição do índice esclerométrico. (EVANGELISTA, 2002).
Imagem 5: Ensaio de Esclerometria
Fonte: Internet
2.1.1.5 Ensaio de Resistência à Penetração de Pinos
O ensaio de resistência à penetração consiste em fazer a medição da profundidade em que o pino de aço padronizado consegue penetrar dentro da estrutura de concreto, após ter sido lançado com uma determinada energia cinética que determina a resistência à penetração deste material. (GONÇALVES, 2015, p.72).
Nos dias de hoje, o equipamento utilizado para a realização deste ensaio é a pistola Windsor (imagem 6). O benefício do uso deste método é a simplicidade na utilização deste equipamento, que não exige muita experiência do operador. (GONÇALVES, 2015, p.73).
Imagem 6: Pistola Windsor
Fonte: GONÇALVES, 2015, p.73.
Este ensaio não possui regulamentação brasileira, contudo possui regulamentação em normas estrangeiras, a norma norte – americana ASTM C803 e a norma britânica BS 1881-207. Este método de ensaio é realizado com o disparo de uma pistola de pinos, que atravessam o concreto (imagem 7). O pino penetra na estrutura até que sua energia cinética inicial, essência deste método, seja absorvida pelo concreto. (GONÇALVES, 2015, p.73).
Imagem 7: Esquema que representa o ensaio
Fonte: GRANADO, 2002.
Este ensaio é utilizado para estimar a resistência do concreto. Com a penetração do pino no concreto, os resultados a serem obtidos com esse ensaio não são influenciados pela textura e a umidade da superfície, porém para realização deste ensaio é preciso que a superfície esteja limpa e plana. (GONÇALVES, 2015, p.74).
2.1.2 Ensaios destrutivos para Avaliação de Estruturas de Concreto 
Em certas ocasiões, os ensaios não destrutivos não realizam uma avaliação segura da resistência da estrutura, por isso, é necessário que seja retirado testemunhos diretamente da estrutura que será avaliada. São chamados de ensaios destrutivos de extração e ruptura de testemunhos ou corpos de prova, no qual utiliza-se uma máquina extratora, que dispõe de uma coroa rotativa de diamante na sua extremidade (MEHTA E MONTEIRO, 1994 apud FIGUEIREDO 2005).
Segundo Zolin (2010, p.35), os ensaios destrutivos são ensaios mecânicos que necessitam de processos que provocam inutilidade no corpo de prova a ser verificado, mesmo que o dano seja pequeno. Esse dano causado no corpo de prova não chega a destruir a peça ensaiada, porém deixa sinais que serão pontos de concentração de tensão e fonte de possíveis falhas. 
Ainda de acordo com Zolin (2010, p.35), na maioria das vezes, só é possível o conhecimento das propriedades do concreto pela aplicação de ensaios que levam a destruição do material. Diante disso, constantemente, são extraídos corpos de prova da estrutura para análise. 
2.1.2.1 Extração de Testemunhos 
Possui uma série de métodos que são utilizados para avaliar a resistência do concreto de uma estrutura, um deles é o ensaio de compressão de corpos de provas cilíndricos efetuados em testemunhos extraídos, que é o ensaio mais confiável e reconhecidamente mais preciso entre todos os métodos de inspeção (SANTOS, 2016).
A extração de testemunho deve ser realizada em último caso, ou seja, sempre que os resultados dos ensaios feitos em laboratório estiverem abaixo do esperado. Pois pode ter ocorrido apenas um equívoco na moldagem, cura ou rompimento dos corpos de prova, ou pode ser que o concreto não tenha mesmo atendido ao especificado. 
Conforme Fiore et al. (2013) o ensaio de extração de testemunhos de concreto, é o mais amplamente utilizado para determinar a resistência do concreto in loco, pois os resultados que são alcançados possuem uma boa confiabilidade diante de outros ensaios realizados. 
“O nome testemunho é dado a amostras cilíndricas de concreto retiradas de elementos estruturais que necessitam de avaliação.” (FARIAS, 2006, p.3).
A extração de testemunho é o método que dispõe de resultar na resistência do corpo de prova extraído. Estes testemunhos são obtidos através de uma extratora (imagem 8), que cortam corpo de prova, sem danificar a armadura, em formato de cilindro (imagem 9), possibilitando assim que se consiga obter a resistência daquele concreto endurecido.
Imagem 8: Extração de corpo de prova Imagem 9: Corpo de prova extraído da estrutura
 
 Fonte: Acervo do autor Fonte: Acervo do autor
2.2 ENSAIOS DE LABORATÓRIO 
Os ensaios de laboratório são realizados para monitoramento, garantindo controle da qualidade do concreto usado na construção das estruturas. Estes ensaios são feitos com amostras retiradas do caminhão betoneira que contém o concreto ainda fresco, para serem moldados corpos de prova para medição de sua resistência mecânica.
2.2.1 Ensaio de Resistência a Compressão
“A resistência à compressão é considerada mundialmente como o principal parâmetro para se avaliar a qualidade do concreto, e é por vezes correlacionada com diversos outros parâmetros de análise do material.” (SANTOS, 2016, p. 27).
Segundo Votorantin Cimentos (Acesso em 20 de mai.2020), existe uma série de fatores que podem pôr em risco a estrutura da obra, a começar do momento em que o concreto é preparado na concreteira até a aplicação do mesmo na obra. 
Votorantin Cimentos (acesso em 20 de mai.2020), é essencial que seja realizado os ensaios laboratoriais para a confirmação da resistência do concreto fornecido, ou seja, se será a prevista em projeto. Este controle de qualidade é essencial para garantir a vida útil da estrutura de concreto, da segurança dos funcionários e principalmente das pessoas que irão usufruir do empreendimento no futuro. 
O ensaio de compressão acontece da seguinte maneira: primeiro é retirado uma amostra do caminhão betoneira, para moldagem dos corpos de prova de acordo com a NBR 5739:2018. Após 24 horas, os corpos de prova são desenformados, identificados com suas respectivas idades de rompimento e colocados em cura, num tanque com água, até a idade de seu rompimento. Idade menores que 28 dias são mantidas fora de cura. 
Na data do rompimento, os corpos de prova são retirados de cura, e faceados para regularizar suas faces, para assim dar início ao ensaio. Abaixo (imagem 10) é possível observar como funciona a realização do ensaio de compressão. 
Imagem 10: Ensaio de compressão
Fonte: Acervo do autor
2.2.2 Ensaio de Resistência a Tração
Segundo Pinheiro, Muzardo e Santos (2004, p.3), o ensaio de resistência a tração possui o mesmo conceito relativo que o de resistência à compressão. Logo, tem-se a resistência média do concreto à tração, que é o valor da média aritméticados resultados do rompimento dos corpos de prova.
Mas no ensaio de resistência à tração possui um diferencial, que são três tipos de ensaios normalizados diferentes: a tração direta, a compressão diametral e tração na flexão (PINHEIRO; MUZARDO; SANTOS, 2004, p.3).
2.2.2.1 Ensaio de Tração Direta
Considerado como o ensaio de referência para análise de tração do concreto, o ensaio de tração direta é determinado aplicando-se tração axial, até a ruptura, em corpos de provas de concreto simples (figura 1). A seção central é retangular, medindo 9x15cm, e as extremidades são quadradas, com 15cm de lado (PINHEIRO; MUZARDO; SANTOS, 2004, p.3).
Figura 1: Ensaio de tração direta
Fonte: Pinheiro; Muzardo; Santos, 2004, p.3.
2.2.2.2 Ensaio de Tração na Compressão Diametral
Conforme Pinheiro, Muzardo e Santos (2004, p.3), este ensaio é conhecido internacionalmente como Ensaio Brasileiro, o ensaio de tração na compressão diametral é o mais utilizado. Foi desenvolvido por Lobo Carneiro, em 1943. Para a realização deste ensaio é preciso um corpo de prova cilíndrico de 15x30 cm, que é colocado com o eixo horizontal entre os pratos da prensa (figura 2), sendo aplicada uma força até a sua ruptura por tração indireta, conhecido como ruptura por fendilhamento.
Figura 2: Ensaio de tração por compressão diametral
Fonte: Pinheiro; Muzardo; Santos, 2004, p.4.
O valor da resistência encontrada neste ensaio é um pouco maior que o do resultado obtido do ensaio de tração direta. Este ensaio é bem simples de ser executado e fornece resultados mais uniformes do que os de tração direta (PINHEIRO; MUZARDO; SANTOS, 2004, p.4).
2.2.2.3 Ensaio de Tração na Flexão
De acordo com Pinheiro, Muzardo e Santos (2004, p.4), diferente dos outros ensaios de tração, para este ensaio é necessário um corpo de prova de seção prismática (imagem 11) que será submetido a flexão, com carregamentos em duas seções simétricas, até sua ruptura (imagem 12). Este ensaio é conhecido por “carregamentos nos terços”, pelo fato das seções carregadas se encontrarem nos terços do vão.
Os resultados dos rompimentos dos corpos de prova prismático são maiores que os encontrados nos ensaios descritos anteriormente (PINHEIRO; MUZARDO; SANTOS, 2004, p.4).
Imagem 11: Ensaio de tração na flexão Imagem 12: Ruptura do corpo de prova
 
Fonte: Acervo do autor Fonte: Acervo do autor
3 DISCUSSÕES 
O conhecimento na área de patologia das construções é essencial para que se obtenha bons resultados nos ensaios. Ensaios estes que visam agregar no ramo da construção civil, pelo fato de serem utilizados para análises das estruturas de concreto, sendo possível estimar a qualidade em que se encontra o concreto. 
Há uma ampla variedade de ensaios que podem ser realizados tanto nas estruturas de concreto quanto no concreto em seu estado fresco, que podem garantir a integridade da estrutura. Estes ensaios podem se dividir em ensaios de campo, que podem ser chamados de ensaios destrutivos e ensaios não destrutivos, e ensaios de laboratório, que são ensaios realizados no concreto em seu estado fresco. 
É interessante destacar que estes ensaios são importantes para área de patologia das construções, pois, por meio deles, é possível descobrir a fundo qual defeito possui aquela estrutura, para que seja possível a descoberta do que poderá ser realizado para corrigir o defeito da estrutura. 
Com o frequente avanço da construção civil deve-se avançar junto as tecnologias, que visam garantir a integridade das estruturas e também as corrigir quando for o caso. Pois, deste modo, quando ocorrer um problema na estrutura não serão pegos de surpresa sem saber como descobrir e corrigir os defeitos, não gerando por fim danos às pessoas que fazem uso desta estrutura. 
4 CONCLUSÃO 
Este trabalho teve como objetivo expor os tipos de ensaios destrutivos e não destrutivos realizados em campo e em laboratório para avaliação de estruturas de concreto. Concluiu-se que os ensaios não destrutivos demonstram ser bem eficientes em relação aos métodos tradicionais de ensaios, sendo capazes de alcançar resultados eficazes da análise das estruturas, não causando nenhum dano à mesma. 
Os ensaios não destrutivos se diferenciam pelo fato de serem realizados in loco, ou seja, na própria obra e são usados equipamentos de pequeno porte para realização destes ensaios. A facilidade e rapidez nos resultados destes ensaios contribuem para uma rápida avaliação. 
Comparado com os ensaios não destrutivos, os ensaios destrutivos necessitam de equipamentos maiores, mais tempo para obtenção dos resultados, além de causar danos na estrutura que necessitam de reparos após o término do ensaio.
De modo geral, contendo informações corretas da real situação da estrutura, os ensaios não destrutivos têm grande potencial de utilização nos casos de inspeção de estruturas, ou seja, sem ser necessário danificar a estrutura para realização de ensaios destrutivos. 
REFERENCIAL TEÓRICO
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