Ensaio de cravação pneumática de pino para avaliação da resistência à compressão de juntas de assentamento de alvenaria estrutural

Pneumatic pin penetration test to evaluate the compressive strength of mortar bedding on structural masonry

ARTIGOS

Ensaio de cravação pneumática de pino para avaliação da resistência à compressão de juntas de assentamento de alvenaria estrutural

Pneumatic pin penetration test to evaluate the compressive strength of mortar bedding on structural masonry

Alexandre Lima Oliveira^I; Pedro Lehmkuhl Damiani^II; Igor Fernando Reitz Ribeiro^III; Rafael Andrade Souza^IV; Luciana Maltez Lengler Calçada^V

^IDepartamento Acadêmico de Construção Civil -Instituto Federal de Santa Catarina - Av. Mauro Ramos, 950, Centro - Florianópolis - SC - Brasil CEP: 88020-300 Tel.: [phone] E-mail: [e-mail]

^IICurso Superior de Construção de Edifícios - Instituto Federal de Santa Catarina E-mail: [e-mail]

^IIICurso Superior de Construção de Edifícios - Instituto Federal de Santa Catarina E-mail: [e-mail]

^IVLaboratório de Materiais de Construção Civil - Instituto Federal de Santa Catarina E-mail: [e-mail]

^VDepartamento Acadêmico de Construção Civil - Instituto Federal de Santa Catarina E-mail: [e-mail]

RESUMO

Ensaios não destrutivos têm sido propostos e usados para avaliação das condições de alvenarias estruturais, para controle de qualidade e propriedades dos materiais in loco. Entretanto, a maioria dos métodos funciona apenas para argamassas com baixa resistência à compressão (< 4,0 MPa) ou servem apenas para avaliação qualitativa, além de não serem práticos para uso em campo, demandando muito tempo para a realização das avaliações. Em função disso, um pinador pneumático foi utilizado para avaliar a profundidade de penetração de pinos de aço e correlacioná-la com a resistência à compressão de argamassas em laboratório. O trabalho mostrou que há uma boa correlação entre a profundidade de cravação de pinos e a resistência à compressão das argamassas, além de ser um ensaio prático, rápido e fácil de ser realizado in loco.

Palavras-chave: Ensaio não destrutivo. Junta de assentamento. Argamassa. Alvenaria estrutural.

ABSTRACT

Nondestructive tests have been proposed and used for the evaluation of structural masonry conditions, quality control, and properties of materials in-situ. However, most of nondestructive methods work only with mortars with low compressive strength (< 4,0 MPa) or for qualitative assessment, and are not practical for in-situ use, requiring too much time to perform evaluations. For those reasons, a pneumatic pin penetration test was used to evaluate the penetration depth of a steel probe and correlate it with the compressive strength of mortar in a laboratory. The study has shown a good correlation between the penetration depth of pins and the compressive strength of mortars, besides proving to be a practical test, which is fast and easy to implement in situ.

Keywords: Nondestructive test. Bed mortar joint. Mortar. Structural masonry.

Introdução

Os ensaios não destrutivos têm sido muito empregados para a avaliação das condições de construções com importância histórica, visando trabalhos de manutenção e restauração (FELICETTI; GATTESCO, 1998), bem como a determinação das propriedades mecânicas dos materiais in loco (MICHAEL; SCHULLER, 2003).

Quando há a necessidade de avaliar-se a qualidade dos materiais empregados em edificações concebidas em alvenaria estrutural, na maioria dos casos, os blocos constituintes da alvenaria podem ser facilmente removidos da parede, obtendo-se amostras íntegras para ensaios laboratoriais. Já a obtenção de uma amostra da junta de assentamento de argamassa indeformável que não tenha sofrido nenhuma alteração de suas propriedades tem-se mostrado um procedimento praticamente impossível (FELICETTI; GATTESCO, 1998). Nesses casos, há a necessidade de empregarem-se algumas das técnicas de ensaios não destrutivos in loco, na própria junta de assentamento. Ensaios como a avaliação da dureza superficial com o emprego de esclerômetros pendulares (TRANSUE; SCHULLER; RENS, 1999; VAN DER KLUGT, 1991; RILEM MS-D.7, 1997), avaliação da resistência ao arrancamento - pull out (RILEM MS-D.9, 1997), avaliação da resistência superficial através da energia necessária para a perfuração com broca (RILEM MDT-D.1, 2004; MONTE; VIGNOLI, 2008) e ensaios de cravação de pinos (FELICETTI; GATTESCO, 1998; LIBERATORE; SPERA; COTUGNO, 2001; MAGALHÃES; COSTA; VEIGA, 2003) são opções que podem ser empregadas. Porém, muitos desses ensaios funcionam apenas para argamassas de baixa resistência à compressão (< 4,0 MPa), ou servem apenas para uma avaliação qualitativa das condições das juntas de assentamento, além de ser ensaios que demandam muito tempo de execução e não apresentam praticidade para aplicação em campo.

No Brasil, pouco esforço tem sido despendido com o foco na determinação das propriedades das juntas de assentamento das argamassas in loco. Merece destaque o trabalho desenvolvido por Casali, Weidmann e Prudêncio Junior (2005), que propôs um método de avaliação indireta da resistência à compressão das juntas, através da profundidade de cravação de pinos, empregando-se o ensaio proposto por Prudêncio Junior (1993) para concreto projetado nas primeiras idades. Esse método apresentou bons resultados, em se tratando de avaliação da resistência à compressão da junta de assentamento, permitindo, inclusive, a variação da energia de cravação aplicada, dependendo do nível de resistência da argamassa. Porém, possui o inconveniente de só poder ser empregado com o equipamento na posição vertical (o anteparo de cravação precisa estar na horizontal). Ensaios empregando dispositivos pendulares seriam uma grande alternativa para aplicação em paredes (anteparo de cravação na posição vertical), porém, no caso de necessidade de energias de cravação acima de 10 J/golpe (controle de qualidade e avaliação de argamassas com resistência à compressão acima de 8,0 MPa), o equipamento apresentaria um peso considerável e/ou grande tamanho (MELLO, 2009).

Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal verificar a viabilidade de avaliação da resistência à compressão das juntas de assentamento através da cravação pneumática de pinos. Esse trabalho teve como base os trabalhos desenvolvidos por Iwaki et al. (2001) e Bae et al. (2004), que empregaram a cravação pneumática de pinos para a avaliação da resistência à compressão de concreto projetado.

Programa experimental

Para a realização do presente trabalho, foram produzidas diversas argamassas com diferentes materiais e proporções, visando à obtenção de resistências à compressão que variassem entre 1,0 MPa e 20,0 MPa. Essa faixa de resistência à compressão foi escolhida porque argamassas problemáticas, empregadas em edificações em alvenaria estrutural, têm apresentado valores de resistência à compressão próximo de 1,0 MPa a 2,0 MPa, devido a problemas na formulação da argamassa, tempo de mistura excessivo, tipo de misturador empregado, proporcionamento dos materiais, excesso de água, redosagem, entre outros fatores. Por outro lado, tem sido prática comum a especificação de argamassas com resistência à compressão entre 12,0 MPa e 15,0 MPa para edifícios concebidos em alvenaria estrutural com grandes alturas.

Com essas argamassas, foram realizados testes empregando-se um pinador pneumático, para a cravação de pinos e posterior determinação da correlação entre a profundidade de cravação e a resistência à compressão das argamassas. No final do trabalho, um teste em prisma de alvenaria de blocos de concreto foi conduzido para a validação da metodologia de ensaio proposta. A seguir são apresentadas, em mais detalhes, as etapas do programa experimental adotado, com seus respectivos resultados, análises e conclusões.

Materiais empregados

Para a confecção das argamassas foram empregados cimento CPII-F 32 e cal hidratada CH III, ambos comercialmente disponíveis no mercado. Nas Tabelas 1 e 2 são apresentadas, respectivamente, as caracterizações do cimento e da cal empregada.

Com o intuito de avaliar-se a possível influência do tipo de agregado na profundidade de cravação dos pinos, foram empregados três agregados miúdos de diferentes origens:

(a) um agregado de britagem (AB) proveniente de rocha granítica;

(b) um agregado natural de rio (AN); e

(c) um agregado artificial (AA) proveniente da britagem de resíduos da indústria de cerâmica vermelha.

Os dois primeiros foram extraídos da região da Grande Florianópolis. Para a obtenção do último material, empregou-se um moinho de rolos (Figura 1), e o agregado obtido após a moagem foi passado por uma peneira de malha 2,85 mm para remoção da fração graúda.

Os agregados foram caracterizados segundo as prescrições das normas NBR NM 248 (ABNT, 2003a), NBR NM 46 (ABNT, 2003b), NBR NM 52 (ABNT, 2003c) e NBR NM 53 (ABNT, 2003d). Na Tabela 3 são apresentadas as características físicas dos referidos agregados.

As proporções entre os materiais empregados neste trabalho são apresentadas na Tabela 4. Vale ressaltar que essas proporções foram definidas visando à obtenção de argamassas com resistências à compressão entre 1,0 MPa e 20,0 MPa, tomando-se como base estudos anteriores, como os desenvolvidos por Zampiron et al. (2009).

A quantidade de água empregada em cada mistura foi a necessária para a obtenção de uma consistência de 230 ± 10 mm, valor recomendado pela NBR 8798 (ABNT, 1985), medida através da mesa de consistência (flow-table), segundo as prescrições da NBR 7215 (ABNT, 1996).

Além das argamassas com as proporções e materiais mencionados anteriormente, foram produzidas mais duas argamassas industrializadas, comercialmente encontradas na região da Grande Florianópolis. As referidas argamassas foram fornecidas em sacos de 20 kg, sendo adicionada somente a quantidade de água recomendada por cada fabricante.

As argamassas foram produzidas em um misturador mecânico (argamassadeira), obedecendo-se ao seguinte procedimento de mistura:

(a) 1 min na velocidade 1 (velocidade lenta), misturando-se todos os materiais a seco;

(b) 30 s na velocidade 1 (velocidade lenta), adicionando-se a água; e

(c) 1 min na velocidade 1 (velocidade lenta), para a completa mistura dos materiais.

Vale ressaltar que, no caso das argamassas industrializadas, foi adicionada a água recomendada pelo fabricante e procedida a mistura em velocidade lenta, na argamassadeira, durante 30 s, com o objetivo de evitar-se a incorporação excessiva de ar.

Após o término do procedimento de mistura, foram moldados seis corpos de prova cilíndricos de 5x10 cm e dois corpos de prova cilíndricos de 10x20 cm (diâmetro x altura). Para a avaliação da resistência à compressão aos 7 e 28 dias foram empregados os corpos de prova de 5x10 cm (três para cada idade); já para a avaliação da profundidade de cravação dos pinos foram utilizados os corpos de prova de 10x20 cm. Esse formato e essa dimensão de corpo de prova foram adotados por recomendação da norma NBR 8798 (ABNT, 1985).

Os corpos de prova foram removidos dos moldes após 48 h do início da mistura e curados ao ar até a data de ensaio. Antes do rompimento deles, foi realizado o capeamento do topo e da base dos corpos de prova de 5x10 cm com nata de enxofre.

Na Tabela 5 são apresentados os resultados de resistência à compressão aos 7 e 28 dias. Os resultados de resistência à compressão apresentados na referida tabela são referentes ao maior valor encontrado entre os três corpos de prova ensaiados. Esse procedimento foi adotado, pois, no caso das argamassas industrializadas, a variabilidade obtida entre os três corpos de prova ensaiados foi bastante elevada, o que poderia acarretar problemas na definição da curva de correlação (profundidade de cravação dos pinos e resistência à compressão), ou perda de precisão, caso fossem empregados os valores médios.

Equipamentos para cravação de pinos

Foi empregado um pinador pneumático, com capacidade de trabalhar com pinos do tipo T com até 50 mm de comprimento e pressão máxima de trabalho de 0,76 MPa (110 psi) (Figura 2a). Para regulagem e manutenção da pressão e lubrificação do equipamento, utilizou-se um filtro regulador de ar, com capacidade máxima de 1,10 MPa (160 psi), que dispunha de manômetro analógico e recipiente para armazenamento de óleo (Figura 2b). O ar comprimido foi gerado com um compressor portátil, com reservatório de 25 litros, motor de 1,5 Hp, com capacidade máxima de pressão igual a 0,80 MPa (116 psi), de 1 estágio e com 1 pistão (Figura 2c).

O principio de funcionamento do pinador pneumático é apresentado no detalhe esquemático da Figura 3. Quando o equipamento é pressurizado e encostado em um anteparo, o gatilho é liberado para acionamento (destravado). Ao ser pressionado, o ar comprimido é liberado para dentro do cilindro pela parte de trás do equipamento, sendo esse fluxo de ar de entrada responsável pelo acionamento do pistão, que, por sua vez, empurra o pino, fazendo com que este penetre no anteparo.

Foram empregados dois tipos de pinos nos estudos do presente trabalho; os pinos do tipo T-45, que possuem uma seção transversal retangular de 1,4x1,6 mm, com 45 mm de comprimento, desenvolvidos para o próprio equipamento (Figura 4a), e, no caso de argamassas com elevada resistência à compressão (> 10 MPa), pregos de aço sem cabeça 10x10, com 1,8 x 25 mm (diâmetro x comprimento), conforme detalhe apresentado na Figura 4b.

Definição da pressão de trabalho e número mínimo de tiros

Para a definição da pressão de trabalho e do número mínimo de tiros necessários para haver uma boa confiabilidade nos resultados, foram feitos testes piloto empregando-se as argamassas AN-1 e AB-4 com 7 dias de idade. A escolha dessas duas argamassas deu-se por tratar-se de duas argamassas com alta e baixa resistência à compressão respectivamente (ver resultados apresentados na Tabela 5).

Nesses testes preliminares foram aplicados 10 tiros em cada argamassa para cada uma das seguintes pressões: 0,34 MPa (50 psi), 0,38 MPa (55 psi), 0,41 MPa (60 psi) e 0,45 MPa (65 psi).

Para facilitar a aplicação dos tiros, confeccionou-se um suporte de madeira para servir de apoio para os corpos de prova de 10x20 cm (Figura 5a). Foram empregados pinos T-45 (Figura 5b), sendo os disparos efetuados na vertical (de cima para baixo) (Figura 5c) a uma distância de aproximadamente 2,0 cm entre cada disparo. Ao término das cravações (Figura 5d), determinava-se, com o auxílio de um paquímetro digital, o comprimento da parte do pino que ficava para fora do corpo de prova de argamassa (Figuras 5e e 5f), para posterior cálculo da profundidade efetiva de cravação.

Na Tabela 6 são apresentados os resultados de profundidade média de cravação, desvio padrão e coeficiente de variação para as duas argamassas testadas com as diferentes pressões.

Analisando-se os resultados apresentados, pode-se perceber que o aumento da pressão (até 0,41 MPa) resultou em um aumento na profundidade de cravação dos pinos e reduziu a dispersão dos resultados, haja vista os menores valores de coeficiente de variação, tanto para a argamassa de maior resistência (AN-1) como para a argamassa mais fraca (AB-4). Vale ressaltar que, na pressão de trabalho de 0,45 MPa, não foi possível a avaliação da profundidade de cravação do pino T-45 para a argamassa AN-1 (praticamente todos os pinos entortavam). Já para a argamassa AB-4, houve uma penetração completa dos pinos (em alguns casos a profundidade de cravação foi bem superior ao comprimento do próprio pino), inviabilizando a medição e determinação da profundidade de cravação nessas condições. Em função desses resultados, adotou-se a pressão de trabalho de 0,41 MPa (60 psi), sendo empregados o pino T-45 para argamassas de até 10 MPa de resistência à compressão e o prego de aço 10x10 para argamassas mais resistentes.

Para a determinação do tamanho da amostra (número de tiros) necessário para obter-se um nível de confiabilidade de 95%, empregou-se a Equação 1, sendo adotado um erro relativo da estimativa de 7% e um coeficiente de variação de ensaio de 10%, em função de resultados obtidos em testes piloto.

Onde:

tα/2 = coeficiente de Student para n-1 graus de liberdade é igual a 2,626;

a = significância de 5%;

CV = coeficiente de variação adotado de 10%; e

Er = erro relativo estimado de 7%.

Em função disso, manteve-se o número de tiros nas demais etapas igual a 10.

Correlação entre profundidade de cravação e resistência à compressão

Para a determinação da correlação entre a profundidade de cravação de pinos e a resistência à compressão das argamassas, procedeu-se aos disparos e medições, seguindo os procedimentos descritos anteriormente, em todos os corpos de prova de 10x20 cm das argamassas produzidas no presente trabalho, tanto aos 7 como aos 28 dias de idade. Os resultados obtidos encontram-se apresentados na Tabela 7.

No gráfico da Figura 6 é apresentada a curva de correlação entre a profundidade de cravação de pinos e a resistência à compressão das argamassas produzidas e testadas no presente trabalho, bem como as curvas de previsão para valores individuais e médios com um grau de confiabilidade de 95%. Vale ressaltar que o tipo de agregado empregado (areia de britagem, areia natural e areia artificial) não exerce influência na correlação entre as referidas variáveis, haja vista a baixa variabilidade e a boa aderência dos pontos à curva apresentada.

Influência do operador no ensaio de cravação de pinos

Para a avaliação da influência do operador no resultado do ensaio de cravação de pinos com o pinador pneumático foram empregadas as argamassas AB1, AB2, AB3, AB4, AN1, AN2 e AN3 com 7 dias de idade. Dois operadores realizaram 10 disparos em cada um dos corpos de prova de 10x20 cm, empregando-se os procedimentos mencionados anteriormente. Na Figura 7 são apresentadas as duas curvas obtidas.

Fazendo-se uma comparação de funções lineares, empregando-se análise de variância com um grau de confiabilidade de 95% (Tabela 8) entre as curvas de correlação (resistência à compressão x profundidade de cravação de pinos) obtidas para os dois operadores (Figura 7), pode-se concluir que não existe diferença significativa, uma vez que o valor de F << F_0,05(α,β).

Emprego do pinador pneumático em juntas de argamassa de prisma de alvenaria

Para a avaliação do ensaio proposto em juntas de assentamento de prismas de alvenaria estrutural de blocos de concreto, foi confeccionado um prisma com 3 blocos empregando-se o bloco de 14x19x39 cm (largura x altura x comprimento). Detalhes da geometria do bloco encontram-se apresentados na Figura 8.

O prisma de alvenaria foi confeccionado empregando-se a argamassa industrializada 1. No momento da confecção do referido prisma, foram moldados corpos de prova cilíndricos de 5x10 cm para a determinação da resistência à compressão da argamassa e para a avaliação da profundidade de cravação de pinos. O prisma e os corpos de prova de 5x10 cm foram curados ao ar, dentro do laboratório, e ensaiados quando a argamassa completou 28 dias de idade.

Para a determinação da profundidade de cravação dos pinos nas juntas de assentamento do prisma, foram aplicados 10 tiros em cada junta (superior e inferior), nos pontos indicados na Figura 9.

Para evitar-se o descolamento entre os blocos de concreto e as juntas de argamassa, foi aplicado um pré-carregamento de 100 kgf (que equivale a uma tensão de 0,03 MPa na área líquida do bloco), antes da execução dos disparos.

Paralelamente aos disparos nas juntas de assentamento do prisma de alvenaria, foram aplicados 10 tiros em dois corpos de prova cilíndricos (5x10 cm), sendo um dos corpos de prova posicionado na horizontal (disparo aplicado de cima para baixo) e o outro na vertical, conforme detalhe apresentado na Figura 10. O intuito desse teste foi o de verificar se a posição do pinador exerceria influência na profundidade de cravação dos pinos. Vale destacar também que o corpo de prova cilíndrico que foi ensaiado na vertical foi pré-carregado com o mesmo nível de tensão aplicado no prisma de alvenaria.

Na Tabela 9 é apresentada a profundidade de cravação média dos pinos, o desvio padrão, o coeficiente de variação e o valor de resistência à compressão previsto, obtidos para as juntas de assentamento do prisma de alvenaria e para os corpos de prova cilíndricos (5x10 cm).

Com base nos resultados apresentados na Tabela 9 e no resultado de resistência à compressão aos 28 dias, obtido para a argamassa industrializada 1 mediante o rompimento dos corpos de prova cilíndricos de 5x10 cm (8,40 MPa - ver Tabela 5), pode-se constatar que a posição do pinador não exerce influência sobre os resultados de profundidade de cravação de pinos. Além disso, a previsão da resistência à compressão das juntas de argamassa, empregando-se o ensaio e os procedimentos propostos, resultou em valores bem próximos dos valores obtidos nos corpos de prova cilíndricos (5x10 cm) e com baixa variabilidade.

A diferença obtida entre os resultados da junta de assentamento superior e inferior do prisma de alvenaria pode estar relacionada com a quantidade de ar incorporado à argamassa, no momento do assentamento do bloco. Isso porque a argamassa industrializada, por conter aditivo incorporador de ar em sua composição, costuma apresentar esse comportamento quando revolvida com muita energia, dentro da masseira, antes do assentamento. Além disso, a junta superior do prisma de alvenaria com três blocos recebe um menor carregamento, se comparada à junta inferior. Esse carregamento diferenciado, quando exercido sobre a argamassa ainda no estado plástico, pode influenciar na perda de água para o substrato e, consequentemente, na redução dos vazios da junta de argamassa, causando a diferença encontrada e apresentada na Tabela 5.

Considerações finais

Com base nos resultados apresentados no presente trabalho pode-se verificar que o emprego do ensaio de cravação de pinos, com o auxílio de um pinador pneumático é viável de ser empregado para a previsão da resistência à compressão de juntas de assentamento de argamassas em construções de alvenaria estrutural.

Trata-se de um ensaio prático, de fácil realização e de rápida obtenção de resultados. Por ser portátil e permitir a avaliação de grandes áreas em pouco tempo, torna-se uma boa opção para a realização de controle de qualidade do material aplicado in loco. Além disso, o ensaio apresenta uma boa correlação e pouca variabilidade para a previsão da resistência à compressão, o que permite uma estimativa mais precisa das reais condições da junta de assentamento, não sendo influenciado pelo operador e pela direção do disparo (cravação de pino na horizontal ou na vertical).

Vale a pena destacar que a pressão de trabalho que se mostrou mais adequada para a cravação dos pinos foi a de 0,41 MPa (60 psi) e que, no caso de argamassas com resistência à compressão acima de 10 MPa, os pinos T-45 devem ser substituídos por pregos de aço 10x10 sem cabeça. Além disso, o ensaio pode ser aplicado para a avaliação da resistência à compressão de juntas de assentamento de construções em alvenaria estrutural e para a avaliação da resistência à compressão de revestimentos feitos com argamassas (reboco), com resistência à compressão do material variando entre 1,5 MPa e 20 MPa.

Recebido em 05/06/11

Aceito em 07/04/12

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  19 Jul 2012
• Data do Fascículo
  Jun 2012

Histórico

• Recebido
  05 Jun 2011
• Aceito
  07 Abr 2012