ARTIGO ORIGINAL
ALMEIDA, Bruno Feltrin de [1], SILVA, Jackson dos Santos [2], LUIS, Leonardo Gomes [3], FERREIRA, Elienai Alves [4]
ALMEIDA, Bruno Feltrin de. Et al. Análise da dureza superficial do concreto através da esclerometria em obras residenciais unifamiliares em Fernandópolis-SP. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 08, Vol. 01, pp. 21-35. Agosto de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/analise-da-dureza
RESUMO
As edificações de pequeno porte no Brasil têm como uma das principais formas estruturais o concreto armado, normalmente dosado em betoneira e onde grande parte das obras sofre com o problema da má preparação do mesmo. Geralmente essa dosagem não segue um padrão específico, sendo muitas vezes utilizados latas, baldes e pás como unidade de medida. É muito comum verificar nas obras que não existe critérios para mediação da quantidade de água que é adicionada no concreto. A dosagem sem controle, principalmente da água, é a causa determinante para muitos problemas no concreto, influenciando diretamente na sua resistência mecânica. Para fins de análise o presente artigo realizou o ensaio esclerométrico, que se baseia em um ensaio não destrutivo, para estimar a resistência e a qualidade de pilares e vigas do concreto dosado em obra, que por não apresentarem um controle na dosagem pode comprometer a resistência do concreto armado. Analisando os resultados obtidos nos testes chegou-se à conclusão que 75% das obras apresentaram resultados satisfatórios, sendo classificados como concreto estrutural segundo norma específica, e 25% das obras analisadas não apresentaram resultados de resistência mínima estipulada pela norma regulamentadora. É importante frisar que o ensaio com esclerômetro não dispensa qualquer outro método de verificação para determinação final da resistência à compressão do concreto, sendo um método adicional ou ensaio complementar.
Palavras-chave: Ensaio esclerométrico, concreto armado, resistência à compressão.
1. INTRODUÇÃO
Atualmente o concreto armado é uma das principais formas estruturais utilizada na construção civil. A busca desse método construtivo se dá devido as suas características como a durabilidade, facilidade de manejo e resistência ao fogo. Alguns fatores são determinantes para que o concreto possa obter essas características, tais como a qualidade do concreto usado, o cobrimento da estrutura de aço, cuidados com a execução, cura do concreto, parâmetros dos materiais, dimensionamento estrutural e principalmente a resistência mecânica.
Esse método construtivo em obras unifamiliares na cidade de Fernandópolis geralmente não tem acompanhamento e controle de qualidade sobre a dosagem do concreto fabricado in loco e misturado em betoneira, sobre tal fato vê-se a necessidade de uma análise em relação a sua resistência mecânica, propriedade essa de alta relevância estrutural em obras de concreto armado.
Levando em consideração a falta de padronização do concreto dosado em obra, onde tal fato afeta diretamente a resistência mecânica de pilares e vigas, e considerando-se que para o concreto ter função estrutural, deve-se atingir uma resistência mecânica mínima de 20 MPa como mencionado na NBR 8953 (ABNT, 2015).
Atualmente existem alguns métodos de análise e meios, destrutivos ou não, para verificação da resistência do concreto com suas diferenças e particularidades. Foi adotado neste estudo o método não destrutivo, denominado esclerometria, fazendo uso de um esclerômetro de reflexão, que permite a análise da rigidez superficial, regulamentado pela NBR 7584 (ABNT, 2012), e que não danifica a superfície do concreto, permitindo assim a identificação de problemas em estágio inicial.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 REFERENCIAL TEÓRICO
Nomeado como esclerômetro de reflexão ou de esclerômetro de Schmidt, como também é conhecido por causa de seu criador Ernest Schmidt um engenheiro suíço, este é o aparelho utilizado no método não destrutivo da estrutura denominado de esclerometria. No Brasil o esclerômetro de reflexão atende os requisitos para execução estabelecidos na NBR 7584 (ABNT, 2012). Segundo Silva (2017) este método é definido como:
O método é baseado no princípio do rebote, em que uma mola alongada, ao retornar para a posição de equilíbrio, faz com que um martelo com uma determinada massa se mova, chocando-se contra a superfície de um objeto com massa muito maior. (Figura 1). Após o impacto a deformação da mola é medida através de extensômetros, presentes no interior do aparelho. A deformação medida fornece o índice esclerométrico, que é mostrado no aparelho. (SILVA, et. al, 2017 p. 128).
Figura 1: Esquema estático do esclerômetro.
Na posição A da Figura 1, nota-se o esclerômetro de reflexão em sua posição inicial pronto para ser utilizado para aferição, com sua haste (embolo) completamente estendida.
Na posição B o aparelho é impulsionado contra elemento de concreto, fazendo com que a mola seja tracionada e o conjunto martelo e trava seja posicionada até a base superior segundo a imagem.
Na posição C, o conjunto trava e martelo chega ao limite de percurso, ocorrendo a liberação do martelo, e toda energia empregada na mola é liberada junto com o martelo, contra o elemento de concreto, ocorrendo um impacto de massa específica.
Na posição D, após o impacto contra o elemento de concreto, ocorrerá à reflexão do martelo (retração) segundo a dureza superficial do elemento de concreto acionando o indicador, o qual informará a intensidade do impacto de 10 a 100 em escala linear.
Podem-se encontrar quatro tipos de esclerômetro para uso em suas determinadas áreas e especificações, com suas variações de energia de percussão de 30N.m, 2,25N.m 0,9N.m e 0,75N.m. Para estruturas unifamiliares, dado como construções normais pela NBR 7584 (ABNT, 2012) utiliza-se o esclerômetro de energia de percussão de 2,25N.m.
De acordo com Escobar et al. (2011), o esclerômetro é versátil por sua leveza, de fácil utilização, baixo valor de aquisição e sua proposta de obter uma quantidade de dados rapidamente causando quase nenhum dano a estrutura comparada a outros métodos não destrutivos.
Na utilização do esclerômetro para ensaios não destrutivos atendendo a NBR 7584 (ABNT, 2012), segundo Jorge (2002) os testes podem ser aferidos tanto em estruturas novas ou antigas. Em estruturas novas pode-se realizar o monitoramento da resistência do concreto ou sobre sua qualidade no decorrer de sua evolução e para casos de estruturas já estabelecidas utilizam para sua capacidade de resistir às solicitações.
No entanto, a NBR 7584 (ABNT, 2012) pontua que o método não destrutivo, não pode ser utilizado de maneira que substitua outros métodos, mas sim como um método a mais ou um ensaio complementar.
2.2 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste trabalho foi verificada a resistência mecânica à compressão do concreto utilizado e dosado em obras, no município de Fernandópolis-SP abrangendo os bairros Residenciais Mario Benez e Universitário. Procurou-se obras unifamiliares de pequeno porte atendendo aos requisitos do esclerômetro de carga de percussão de 2,25N.m, de acordo com a NBR 7584 (ABNT, 2012).
Para encontrar a resistência mecânica do concreto foram realizados ensaios de impactos não destrutivos em pilares estruturais de concreto armado das obras escolhidas, assim encontrando valores denominados como valores “esclerométricos”. Com esses valores pôde-se analisar junto ao ábaco disposto no aparelho e encontrar as resistências mecânicas do concreto, conforme a figura 2.
Figura 2: Ábaco disposto no Esclerômetro de Reflexão.
O esclerômetro de reflexão segundo a NBR 7584 (ABNT, 2012) deve ser aferido antes de sua utilização ou a cada 300 impactos realizados em uma mesma inspeção. Ainda seguindo a NBR 7584 (ABNT, 2012) realiza-se 10 impactos em uma bigorna especial de aço, atingindo-se índices esclerométricos próximos de 80. Caso a média aritmética dos índices não atender valor maior que 75 e os índices individuais diferir de ±3 do índice médio, o aparelho não está apto para ensaios técnicos tendo que ser submetido a uma calibragem.
Para análise desse artigo, utilizou-se um esclerômetro novo e calibrado de fábrica, apresentando-se assim um fator de correção iguala. Para apoio no desenvolvimento do trabalho em questão, configurou-se através do software Microsoft Office Excel uma tabela para coeficiente de correção do índice esclerométrico, que deve ser atualizado após a quantidade máxima de impactos exigidos pela norma, conforme demonstrada na Tabela 1.
Tabela 1: Tabela de coeficiente de correção.
Segundo a NBR 7584 (ABNT, 2012) utiliza-se a equação 1 a seguir:
Onde:
k – é o coeficiente de correção do índice esclerométrico;
n – é o número de impactos na bigorna de aço;
IEnom – é o índice esclerométrico nominal fornecido pelo fabricante;
IE – é o valor obtido de cada impacto na bigorna de aço.
Para coleta dos valores foram realizadas vinte visitas técnicas em obras em andamento, seguindo os procedimentos que a NBR 7584 (ABNT, 2012) estabelece para os ensaios. Utilizando o esclerômetro de reflexão em vigas e em disposição horizontal conforme a Figura 3.
Figura 3: Executando ensaio in loco.
Nas obras foram realizadas análises nas superfícies do concreto visando uma superfície limpa, seca ao ar, e preferencialmente plana, evitando irregularidades para a falta de homogeneização dos elementos para realização dos testes.
Na área do ensaio foi realizada a limpeza da superfície para retirar qualquer tipo de respingo de massa de concreto ou outro elemento que poderia interferir nos impactos. Para agilidade dos ensaios foi desenvolvido um gabarito em chapa de madeira compensada com medidas de 19 cmx19 cm com 5 cm nas extremidades e 3 cm de eixo a eixo de cada quadrante onde foram realizados os impactos e atendendo seus 16 impactos como mostra nas Figuras 4, 5 e 6. Nos testes também foram evitados elementos de concreto menores que 100 mm na direção do impacto devido à esbeltez do elemento segundo a NBR 7584 (ABNT, 2012).
Figura 4: Pontos de impactos para ensaio.
Figura 5: Gabarito desenvolvido para impactos.
Figura 6: Utilização do Gabarito
2.3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com os índices esclerométricos obtidos nos ensaios dos elementos de concreto, realizou-se inicialmente uma média aritmética com os 16 valores coletados, de acordo com Tabela 2. Desprezando os valores com dispersão de 10% excedente do valor médio inicial, para mais ou para menos, recalculou-se uma nova média aritmética com os valores restantes válidos (Tabela 3). Caso a dispersão dos 10% resulte em menos que 5 valores válidos, o elemento analisado é desprezado por falta de dados, assim buscando outro local da mesma obra ou no mesmo elemento para novos ensaios, apresentado na Tabela 4.
Tabela 2: Média aritmética inicial da obra 1.
Para o cálculo da média aritmética utilizou-se a equação 2 a seguir:
Onde:
IE – Valor adquirido no medidor do esclerômetro de reflexão.
Tabela 3: Média aritmética corrigida final da obra 1.
Para o ajuste final da média aritmética, com auxílio do software Microsoft Office Excel, invalidou-se os valores que se divergissem em 10% da média aritmética (Média (IE)), adotando-os como número 0. Com os valores válidos restantes, fez-se uma nova média aritmética dada pela fórmula atualizada a seguir na equação 3:
Considerando-se o aparelho como novo e calibrado de fábrica não houve a necessidade para o cálculo do fator de correção, adotando-o como 1. Aplicou-se então a fórmula do índice esclerométrico efetivo, utilizando-se da equação 4 a seguir:
Onde:
IEα – índice esclerométrico efetivo;
IE – Média aritmética corrigida final.
Tabela 4: Condições atendidas e resistência mecânica do elemento.
Com a obtenção dos valores e atendendo os requisitos que a NBR 7584 (ABNT, 2012) estabelece, analisou-se o ábaco disposto no esclerômetro e obtive-se os valores da resistência mecânica equivalente em N/mm². A relação entre N/mm² e megapascal (MPa), que é a unidade comumente utilizada, é de 1:1. Para o estudo das 20 obras em questão, foi desenvolvida uma planilha para cada obra, com os dados do ábaco e os dados coletados ajustados a uma função de interpolação linear para resultados mais precisos, como se dispõe na Tabela 5 e Figura 7.
Tabela 5: Tabela de resistência aproximada das obras.
Figura 7: Resultado de resistência a compressão do concreto.
3. CONCLUSÃO
Concluiu-se que mesmo não tendo um acompanhamento direto sobre dosagem do concreto dosado em obra, especialmente um controle sobre a dosagem da água, a maior parte dos resultados foi satisfatória e positiva.
Com os resultados obtidos, verificou-se que 75% das obras obtiveram uma resistência mecânica (fck) satisfatória, visto que apresentaram resultados iguais ou acima dos 20 MPa exigidos pela norma, por outro lado 25% das mesmas não obtiveram resultados considerados satisfatórios.
Das obras não qualificadas como concreto estrutural de resistência mínima 20 MPa, entende-se que alguns fatores podem influenciar nos resultados, como a área analisada, o cobrimento da estrutura de aço, cura do concreto, parâmetros dos materiais, dimensionamento estrutural e execução, onde geralmente não possuem acompanhamento e controle de qualidade sobre a dosagem do concreto dosado em obra e misturado em betoneira.
O esclerômetro de reflexão mostrou-se como uma ferramenta para diagnóstico rápido e prático. Possui a vantagem de ser portátil possibilitando a utilização diretamente na obra e por este fato este tipo de ensaio tem grande viabilidade prática possibilitando um diagnóstico sobre a saúde física do elemento estrutural e para um acompanhamento periódico da obra.
Pontua-se também que o ensaio esclerométrico serve apenas como base de análise e diagnóstico do elemento estrutural analisado, não substituindo qualquer outro tipo de análise como ensaio de compressão, ultrassom ou qualquer outro tipo de ensaio destrutivo ou não destrutivo.
4. REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7584 – Concreto endurecido – Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão – Especificações. Rio de Janeiro, 2012.
______.Norma 8953 – Concreto para fins estruturais – classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência – Rio de Janeiro, 2015.
CONCRETE Test Hammer – NL 4021 X / 003. Disponível em: https://m.nl-test.com.my/index.php?ws=showproducts&products_id=2355613 Acesso em: 03/10/2019.
ESCOBAR, C.J.; CRUZ, D.A.; FABRO, G .Avaliação de desempenho do ensaio de esclerometria na determinação da resistência do concreto endurecido. ABECE. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENGENHARIA E CONSULTORIA ESTRUTURAL, São Paulo-sp, 2011.
JORGE, A.C. AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO USANDO DIFERENTES ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Rio de Janeiro, 2002.
SILVA, G.A.F.; BOTELHO, I.T.; DIAS. J.P.; FONSECA, L.G.; FARAGE, M.C.R.; OLIVEIRA, T.M.; BONIFACIO, A.L .Relação entre o índice esclerométrico e a resistência à compressão de concretos. XXXVIII INTERNATIONAL SODEBRAS CONNGRESS, Fortaleza-CE, v. 12, ed. 141, p. 127-132, setembro 2017.
[1] Graduando em Engenharia Civil.
[2] Graduando em Engenharia Civil.
[3] Graduando em Engenharia Civil.
[4] Graduanda em Engenharia Civil.
Enviado: Novembro, 2019.
Aprovado: Agosto, 2020.
