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Métodos e ensaios não destrutivos para a determinação da resistência do concreto jovem.

8 de novembro de 2021

No artigo anterior “A importância e as responsabilidades do escoramento e reescoramento para a saúde das estruturas”, introduzimos o conceito dos fatores relacionados à jovem resistência característica do concreto e o crescente módulo de elasticidade ao longo do tempo de cura do concreto fresco, e destacamos a importância de entender como o trabalho associado a esse lançamento, até que o concreto se torne autoportante, está vinculado a uma das fases mais críticas da construção.

Para entender como utilizar as Formas e acessórios de modo eficiente e econômico, precisamos entender como o seu principal usuário “o concreto” amadurece e necessita adquirir rigidez e resistência suficientes para evitar deformações e/ou fissurações indesejáveis, ou até mesmo o colapso local ou global da estrutura. Existem alguns métodos consagrados de obtenção da resistência do concreto através de ensaios destrutivos; contudo, é possível estimar a resistência à compressão durante a construção por meio do levantamento das temperaturas do concreto ao longo do tempo e compará-las a calibrações da mistura especificada para a obra.

A reação química que forma os silicatos de cálcio surge da hidratação do cimento e seus agregados, provocando um processo exotérmico, que aumenta a temperatura. A resistência característica do concreto depende diretamente do conhecimento da quantidade do consumo de cimento e do diferencial térmico entre a massa de concreto e o meio, tendo sua resistência se desenvolvendo na proporção da hidratação do concreto. Com a medição da temperatura do concreto “in loco”, é possível estimar a resistência precoce do concreto através de ensaios não destrutivos. Comparando o método não destrutivo com os ensaios destrutivos de cilindros de corpos de prova, é possível perceber que os corpos de prova não refletem o mesmo perfil estrutural em volume e processo de cura, pois existe um aumento da superfície de contato e consequentemente uma alteração no rearranjo das propriedades e fibras do concreto.

Por meio de um método de ensaio não destrutivo conhecido como Método da Maturidade, é possível estimar de forma simples a resistência do concreto através dos efeitos no tempo, com a obtenção de amostras de concreto com a mesma mistura. Com base no histórico da temperatura medida do concreto, é estabelecido uma função da sua idade e da memória da temperatura, auxiliando o gestor da obra com os prazos estimados para a remoção do escoramento, desforma, necessidade de reescoramento ou escoramento remanescente. Para exemplificar a hipótese do método, um concreto curado a uma temperatura ambiente de 10º C por 28 dias pode ter a mesma maturidade de um concreto com os mesmos fatores de água/cimento e com temperatura de 20º C por 14 dias.

É importante esclarecer que o método da maturidade não deve ser utilizado como substituição aos ensaios de corpos de prova. O mesmo deve ser utilizado em conjunto com outros ensaios não destrutivos para corroborar e facilitar a tomada de decisões sobre as operações executivas. Essa é uma excelente ferramenta para conferir controle de qualidade do concreto e, em paralelo, reduzir a quantidade de ensaios destrutivos e agilizar ou garantir a retirada de escoramentos e formas que auxiliam o molde do concreto. A utilização desse método pode alavancar a produtividade e conseguir melhores resultados com segurança e economia (lembrando que adquirir informação correta e o conhecimento dos processos e materiais favorece uma edificação mais saudável).

Historicamente, na década de 50, foi proposta uma abordagem para explicar os efeitos combinados de tempo e temperatura sobre a evolução da resistência do concreto. Motivados pela necessidade de um método não destrutivo para condições de cura normais, foi proposto um histórico da temperatura medida no tempo de cura para estimar um fator que seria indicativo da resistência do concreto.

As pesquisas iniciais realizadas na década de 70 confirmaram que o método da maturidade poderia ser utilizado para estimar o desenvolvimento de resistência à compressão e outras propriedades mecânicas do concreto, sob temperaturas de cura diferentes. Simulações de campos foram organizadas e revelou-se que o exame dos históricos de temperatura de todos os corpos de prova curados ao ar livre experimentaram temperaturas de idade imatura diferentes do que os corpos de prova curados em laboratório, evitando a falha de remoção prematura dos escoramentos que resultaria em tensões de cisalhamento que excedem a capacidade do concreto jovem.

Atualmente, o método de maturidade é visto como uma ferramenta complementar útil e simples para representar, aproximadamente, os efeitos complexos do tempo e da temperatura sobre a evolução da resistência do concreto jovem e não deve ser aplicado a estruturas de concreto existentes. Algumas normas internacionais e práticas de recomendação que apresentam análises referentes à cura, proteção do tempo e desforma referem-se ao método de maturidade, como: o ASTM C 1074 e ACI 325.11R-01 e outras.

Para determinar a maturidade do concreto e consequentemente a sua resistência no tempo de cura, algumas etapas e processos devem ser seguidos: um monitoramento histórico das temperaturas nas amostras dos cilindros de corpo de prova e medição da resistência a compressão nos ensaios padrão dos cilindros em múltiplas idades, com o paralelo monitoramento das temperaturas do concreto na estrutura estudada com o auxílio de sensores nos locais críticos, sujeitos a necessidade de retirada precoce dos escoramentos. A norma ASTM C1074 apresenta duas funções alternativas para calcular o índice de maturidade do histórico de temperaturas medidas no concreto: a primeira é utilizada para calcular o fator de temperatura no tempo através do produto do tempo e temperatura e a outra função é usada para calcular a idade equivalente de uma temperatura específica onde a não linearidade da taxa de hidratação do cimento é considerada.

A segunda equação melhor representa a função da temperatura no tempo quando é esperada uma grande variação na temperatura do concreto, pois o foco da primeira equação é limitado a assumir que a taxa de ganho de resistência do concreto é linear. Contudo a primeira equação é amplamente utilizada devido a sua simplicidade.

Em posse de todos os dados obtidos na medição histórica de temperatura e calculado a relação do índice de maturidade, é possível estimar a resistência do concreto através das curvas resultantes de força-maturidade e força-idade contidas na norma ASTM C1074.

A obtenção da resistência característica do concreto por meio do método de maturidade deve ser analisada com seriedade e de forma meticulosa aos parâmetros impostos pela normalização. Algumas limitações no método podem ocorrer devido ao concreto utilizado não ser representativo com o utilizado para os testes de calibração, apresentado mudança dos materiais, imprecisões nas dosagens ou uma variação no teor de ventilação, assim como o lançamento, consolidação e cura devem permitir uma hidratação do cimento contínua. Medições precisas da temperatura e o uso de valores históricos não são representativos para a mistura de concreto, pois elevadas temperaturas iniciais podem resultar em uma previsão incorreta da resistência do concreto a longo prazo.

Quando as limitações são características do método da maturidade, se sugere que testes complementares devam ser realizados antes de ações críticas como a remoção de formas e escoramentos. Logo, validar ou recalibrar as curvas e valores para a mistura de concreto são alternativas de extrema importância para estabelecer a resistência correta do concreto. É importante destacar que a relação resistência e maturidade é específica para a mistura de concreto que sofreu a calibração. Qualquer alteração significativa na mistura ou na fonte de material deverá ser acompanhada por uma recalibração desses valores.

No atual mercado de engenharia é possível encontrar vários dispositivos comercializados para medir a temperatura do concreto, calcular a maturidade e exibir o índice de maturidade de forma digital e em tempo real, podendo ser executados em múltiplos locais simultaneamente. A escolha de um sistema que seja robusto, e que forneça dados confiáveis e ininterruptos, sustenta a utilização desse sistema de maturidade e permite ajustes das constantes de maturidade.

Existe uma crescente na busca por ensaios não destrutivos, devido às vantagens na obtenção de dados estruturais, sem a necessidade da retirada de testemunhos, ganhando aceitabilidade e adeptos que buscam por ampliar a utilização de ensaios rápidos e práticos, se comparados aos métodos destrutivos, que permitem uma estimativa de características da estrutura “in loco”.

Em muitos aspectos, o monitoramento estrutural do concreto em tempo real é um processo inovador. Promovendo a tomada de decisões com base em medições comprovadamente científicas, esta técnica permite que o engenheiro responsável da obra utilize medições reais em vez de estimativas ou projeções sem embasamento de todos os aspectos e parâmetros ao qual a estrutura é concebida, se tornando gradativamente uma tecnologia que vem integrar as disciplinas de estrutura, forma e escoramento.

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