Análise da espessura do cobrimento de armadura em lajes com diferentes distanciamentos entre espaçadores e pontos de amarração

RESUMO

Uma vez que a durabilidade das estruturas está diretamente relacionada à espessura de cobrimento da armadura, é imprescindível que o cobrimento mínimo normatizado seja garantido durante a execução da estrutura. Entretanto, pesquisas comprovam que o cobrimento não está sendo alcançado. Dentre as razões para isto, aponta-se a falta de indicações nos projetos estruturais do posicionamento dos espaçadores. Esta situação se agrava pela falta de normatização e regulamentação do uso (quantidades mínimas e disposição necessárias) dos mesmos. Neste sentido, esta pesquisa tem como objetivo analisar três diferentes distâncias entre espaçadores e dois distanciamentos entre pontos de amarração a fim de analisar a influência destes fatores no cobrimento das armaduras. Para isto, foram concretadas lajes in loco com diferentes combinações. Após a desfôrma, os cobrimentos foram medidos com auxílio de um pacômetro digital. Constatou-se que os fatores estudados influenciam significativamente no cobrimento final.

Palavras-chave:
cobrimento; espaçador; amarração; concreto armado

ABSTRACT

Given that the durability of structures is directly related to the thickness of the cover to reinforcement, it is essential to ensure minimum cover is achieved when building a structure. However, studies show that this is not always the case. One of the reasons for the this problem is the lack of indication, in structural projects, of the positioning of spacers. This situation is compounded by the lack of standards and regulations on the use of spacers (i.e. minimum quantities and required layout). This study assesses three different spacer distances and two different tying distances in order to examine the influence of these factors in the cover to reinforcement. To achieve so, three slabs were prepared in situ using different arrangements. After demoulding, cover thickness was determined using a digital covermeter. It was observed that the factors investigated have a significant influence in the final cover.

Keywords:
ccover; spacer; tying; reinforced concrete

1. Introdução

Continuamente desenvolvido desde o fim do século XIX, o concreto armado é o material de construção mais difundido em todo o mundo por ser versátil, econômico e durável [1]. Entretanto, nas últimas décadas nota-se um aumento frequente de deterioração de estruturas em apenas alguns anos em serviço [2]. Esta deterioração precoce se dá em decorrência de falhas de concepção de projeto, de execução ou de má utilização dos materiais frente à agressividade do ambiente [1].

Os problemas relacionados à durabilidade de estruturas de concreto armado originam-se, principalmente em ambientes com altos índices de CO₂ e/ou íons cloreto, a partir de ações ambientais de agentes agressivos que penetram no concreto, podendo causar na estrutura deterioração prematura, prejudicar o desempenho em serviço e, em casos extremos, induzir falha estrutural [3].

Neste sentido, a durabilidade do sistema estrutural consiste em conservar a segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil, considerando as condições ambientais previstas na época de projeto [4]. Este requisito é altamente dependente das características do concreto de cobrimento da armadura e de sua espessura [2].

Além da qualidade do concreto ser fundamental para a proteção da armadura, devido à sua porosidade, outro fator que possui grande importância sobre a durabilidade é a espessura de cobrimento. Esta camada de concreto, que se encontra entre a face externa da estrutura até a barra mais próxima desta face, fornece proteção de forma física, através da estanqueidade, e química, através da formação de película passivadora devido à alta alcalinidade e ação isolante da massa de concreto. [5].

O fracasso na obtenção do cobrimento é, provavelmente, o maior fator influente na corrosão prematura de armaduras [6] que, por sua vez, é a principal forma de deterioração de estruturas de concreto armado [7] e a mais onerosa em termos de manutenção [1]. Contudo, a obtenção do cobrimento geralmente não é percebida pelos engenheiros como um problema, logo não lhe é dado prioridade [7].

No entanto, um dos maiores problemas relacionados a estas estruturas é a incapacidade de posicionar a barra de aço com o correto cobrimento de concreto, afetando diretamente o comportamento mecânico e a durabilidade da estrutura [8].

Figura 1
- Amarrado a cada 15 cm espaçadores a cada 60 cm

No caso do funcionamento estrutural de lajes e vigas, o coeficiente de segurança global aumenta conforme diminui o cobrimento [9]. O mesmo não ocorre para questão da durabilidade, pois quanto maior o cobrimento, mais protegidas estão as armaduras [10]. Neste sentido, é imprescindível que haja um equilíbrio entre ambas as partes.

Diante disto, o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal estabelecido na norma vigente [4] que consiste em um cobrimento mínimo acrescido de uma tolerância de 10 mm de execução para cada classe de agressividade ambiental. Entretanto, quando houver um adequado controle de qualidade e limites rígidos de tolerância da variabilidade das medidas durante a execução, permite-se reduzir a tolerância de execução em 5 mm. Apesar de citar que o controle de qualidade deve estar explicitado no projeto, a norma brasileira não indica parâmetros nos quais o projetista pode se basear para adoção desta redução, ficando à cargo dos mesmos defini-los e explicita-los no projeto. Assim, toda e qualquer execução tem a liberdade de alegar possuir um controle rigoroso, de modo que, a redução de 5 mm é bastante comum em diversos projetos. No entanto, pesquisas realizadas reforçam que uma tolerância de 5 mm no cobrimento nominal não reflete a

Figura 2
Amarrado a cada 30 cm espaçadores a cada 60 cm

Figura 3
- Amarrado a cada 15 cm espaçadores a cada 45 cm

distribuição de cobrimento normalmente obtida na prática [7]. Para agravar esta situação, a norma responsável pela execução das estruturas de concreto armado descreve unicamente como obrigatória a utilização de espaçadores para garantir o cobrimento especificado [11]. Entretanto, não há nenhuma menção à distribuição dos mesmos, ficando como critério da execução o método utilizado, diferentemente das normas europeias, que especificam sua distribuição conforme o elemento estrutural, estabelecendo valores mínimos e máximos de espaçamento [12][13][14]. Contudo, muitos estudos ao redor do mundo têm mostrado que o cobrimento alcançado na prática normalmente não atende às expectativas de projeto [6]. Pesquisas indicam que 90% dos casos de corrosão acontecem devido a erros do posicionamento do gradil [15]. Em pesquisa realizada em Porto Alegre/RS 44% dos valores de cobrimento antes da concretagem encontram-se abaixo do valor especificado em projeto e após a concretagem, essa porcentagem aumenta para 50% [16].

Neste contexto, o objetivo desta pesquisa é analisar fatores que possam influenciar na obtenção do cobrimento normatizado, através do controle na execução de lajes de concreto armado. Sendo assim, controlou-se a amarração das barras de aço, a colocação dos espaçadores plásticos e a concretagem das lajes para posterior análise do cobrimento final executado.

2. Materiais e programa experimental

2.1 Escolha da obra

A obra, onde se realizou esta pesquisa, pertence a uma empresa privada e trata-se de um edifício residencial com múltiplos pavimentos. Este empreendimento está localizado na cidade de Porto Alegre/RS, logo, por estar inserido em ambiente urbano, pertencente à classe ambiental II, de agressividade moderada [4].

Figura 4
Amarrado a cada 30 cm espaçadores a cada 45 cm

2.2 Escolha das lajes

Segundo pesquisas realizadas, o diâmetro da armadura influencia no cobrimento final de lajes, de modo que, sob as mesmas condições, quanto maior o diâmetro da armadura da laje, maior a probabilidade de se atender ao cobrimento mínimo de projeto [18]. Neste sentido, as armaduras de ɸ5,0 mm, as menores permitidas por norma (excetuando-se as telas soldadas) [4], são as mais críticas dada a situação da obra. Sendo assim, buscou-se reproduzir e avaliar essa situação crítica, obtendo-se a seguinte configuração: As lajes monitoradas são maciças, de concreto armado, moldadas in loco, com dimensões em planta de 3,60 m por 2,60 m, espessura igual a 10 cm e cobrimento projetado de 20 mm. As armaduras são compostas por barras de aço CA 60, com 5 mm de diâmetro e montadas formando uma malha de 15 cm de abertura. Para sua montagem se utilizou espaçadores plásticos do tipo cadeirinha e arame 16 (Ø1,65mm) para amarração. A concretagem foi realizada por equipe terceirizada com auxílio de bombas e mangotes, concreto bombeado f_ck 25 MPa, de consistência 12±2 cm, com brita 1. Foram escolhidas 8 lajes equivalentes (dimensões, localização no pavimento, taxa de armadura, abertura de malha, etc.), distribuídas ao longo de 2 pavimentos. No primeiro pavimento fixou-se a distância entre os pontos de amarração em 15 cm e variou a distância entre espaçadores em 30, 45 e 60 cm como mostrado na Figura 1, Figura 3 e Figura 5. Uma das lajes, propositalmente, não foi controlada (nenhum dos fatores). O mesmo foi executado no segundo pavimento, mudando apenas a distância entre os pontos de amarração para

Figura 5
Amarrado a cada 15 cm espaçadores a cada 30 cm

30 cm como mostrado na Figura 2, Figura 4 e Figura 6. Observa-se que nas referidas figuras o (X) representa o ponto de amarração da armadura e o círculo vermelho a posição do espaçador.

Figura 6
Amarrado a cada 30 cm espaçadores a cada 30 cm

Figura 7
Disposição dos espaçadores espaçados 30 cm na obra antes da concretagem

A Figura 7, Figura 8 e Figura 9 apresentam a disposição dos espaçadores colocados a cada 30 cm, 45 cm e 60 cm respectivamente.

2.3 Fatores controláveis

O primeiro fator controlável, referente aos pontos de amarração das barras de aço, foi definido a partir de especificação, que estabelece uma distância máxima de 35 cm entre os pontos de amarração em lajes [4]. Respeitando esta normativa, optou-se por amarrar as interseções das barras a cada 15 cm e 30 cm, ou seja, a distância mínima possível e máxima normatizada segundo a abertura da malha.

O segundo fator controlável foi a distância entre espaçadores. Devido ao fato de não haver normativa brasileira a este respeito, espaçamentos múltiplos da abertura da malha, de modo que o espaçador fosse colocado na interseção das barras de aço, respeitando o intervalo (valores mínimos e máximos) contido nas normas européias [12][13][14].

Figura 8
Disposição dos espaçadores espaçados 45 cm na obra antes da concretagem

Figura 9
Disposição dos espaçadores espaçados 60 cm na obra antes da concretagem

2.4 Medição

Após a concretagem, retirada do escoramento e desfôrma das lajes, fez-se as medições das espessuras de cobrimento. A obtenção dos dados foi possível através do uso de um equipamento eletrônico que localiza as armaduras através da tecnologia magnética de indução de pulso capaz de gerar um campo magnético que pela diferença de tensões resulta uma medição. O pacômetro digital utilizado, fornece a espessura cobrimento com uma precisão de 3 mm em uma faixa de profundidade de 60 mm. Entretanto, quando ajustado para o diâmetro real da armadura de medição, mais precisos serão os resultados informados pelo equipamento [17].

As medidas foram realizadas no fundo das lajes, conforme Figura 10, com o intuito de medir a armadura positiva. Foram coletadas, de forma aleatória, 34 espessuras de cobrimento em cada laje, as quais foram excluídas as duas maiores e as duas menores medidas. Desta forma, totalizaram-se 240 medições.

Figura 10
Medição do cobrimento da armadura positiva das lajes

Figura 11
Desvios residuais: (a) dos cobrimentos versus média dos cobrimentos, (b) dos cobrimentos

3. Resultados e discussões

Os resultados obtidos, segundo metodologia proposta, encontram-se na Tabela 1. Tais dados foram submetidos aos testes de normalidade de Kolmogorev-Smirnov (K-S) e Jarque-Bera (J-B), não apresentando, em nenhum dos testes, evidências de que a distribuição não seja normal para um nível de significância de 5%.

Os resultados destes testes podem ser vistos na Tabela 2. Foram verificados também, os desvios residuais das observações, conforme Figura 11. É possível verificar que, embora

não seja constante, a dispersão dos desvios residuais não apresenta grandes variações referentes à média dos cobrimentos medidos, em relação ao espaçamento da amarração ou dos espaçadores, justificando a hipótese necessária à Análise de Variância (ANOVA), de que as distribuições dos valores medidos apresentam igual dispersão, diferindo, talvez, na média.

Sendo assim, no intuito de verificar se os fatores controláveis (distância entre os espaçadores e distância entre os pontos de amarração) exercem influência sobre a variável de resposta

Table 1
Resultados dos cobrimentos obtidos in loco

Table 2
Resultados dos testes de normalidade das medições realizadas

Table 3
Análise de variância (ANOVA) dos fatores controláveis

(cobrimento), a partir dos dados apresentados, foi realizada uma entre os espaçadores e a distância entre os pontos de amarração Análise de Variância (ANOVA), considerando-se um nível de signi- influenciam no cobrimento final do elemento estrutural, entretanto ficância de 5%, conforme exposta na Tabela 3. Através dos resultados apresentados, percebe-se que a distância entre os espaçadores e a distância entre os pontos de amarração influenciam no cobrimento final do elemento estrutural, entretanto não existe interação entre estes fatores, de forma que, ambos trabalham independentemente.

Na Figura 12 encontra-se evidenciado o comportamento das duas distâncias entre os pontos de armação avaliados. Percebe-se que, a distância de 15 cm entre os pontos de amarração possui um melhor desempenho quando comparada com a distância de 30 cm. Isto se deve ao fato de que, ao ter todos os pontos amarrados, a malha se torna mais rígida. Já a performance das distâncias entre espaçadores estudadas estão exibidas na Figura 13, na qual fica demonstrado que o cobrimento é inversamente proporcional ao espaçamento entre os espaçadores. Ou seja, a distância de 30 cm obteve um melhor desempenho em relação às demais, assim como a distância de 45 cm proporcionou um cobrimento maior que a de 60 cm. Este comportamento está relacionado à diminuição do vão entre as barras de aço, de modo que, quanto menor o vão, menor a deformação proporcionada para um mesmo material, neste caso, a armadura. Através de uma nova análise de variância (ANOVA) exposta na Tabela 4, ao se comparar o desempenho de todas as possíveis combinações (2 distâncias entre pontos de amarração e 3 distâncias entre espaçadores, totalizando 6 combinações), nota-se que existe diferença significativa entre estas combinações, reforçando o exposto na Tabela 3. Devido à existência de diferença significativa entre as combinações possíveis, a fim de verificar a semelhança entre as mesmas, foi realizada uma comparação de média exposta na Figura 14, na qual se utilizou como limite de decisão três vezes o valor do desvio padrão das médias amostrais. Percebe-se que, as combinações A30E30 (distância entre os bpontos de amarração de 30 cm e distância entre espaçadores de 30 cm) e A15E45 (distância entre os pontos de amarração de 15 cm e distância entre espaçadores de 45 cm) apresentam um mesmo comportamento, assim como as combinações A15E60 (distância entre os pontos de amarração de 15 cm e distância entre espaçadores de 60 cm) e A30E60 (distância entre os pontos de amarração de 30 cm e distância entre espaçadores de 60 cm). A Figura 15, reforça os resultados anteriormente discutidos, mostrando que o comportamento dos fatores controláveis é inversamente proporcional ao cobrimento. Também fica evidenciado a não interação entre os fatores controlados, uma vez que, ao ligar os pontos dos diferentes níveis da distribuição entre pontos de amarração, estes não se cruzam.

Figura 12
Relação do cobrimento obtido segundo a distância entre pontos de amarração

Figura 13
Relação do cobrimento obtido segundo distância entre espaçadores

Table 4
Análise de variância (ANOVA) dentre todas as combinações possíveis de amarração versus cobrimento

Figura 14
- Comparação de média das combinações possíveis

A fim de verificar a eficiência destas combinações na garantia do cobrimento normatizado, uma análise estatística, que leva em consideração uma distribuição normal, foi realizada. Levando-se em conta que a norma brasileira [4] considera uma tolerância de 10 mm na execução do cobrimento, calculou-se a probabilidade de ocorrência de valores fora do intervalo tolerável, ou seja, valores inferiores a 15 mm e superiores a 35 mm, para todas combinações avaliadas e para situações não controladas, que se encontram expostos na Tabela 5.

Figura 15
Relação entre distância entre espaçadores, distância entre pontos de amarração e cobrimento

Table 5
Probabilidade de ocorrência de valores fora dos normatizados

Através dos dados apresentados, nota-se que todas as combinações, inclusive as lajes não controladas, satisfazem o limite superior para o cobrimento. Entretanto, para o limite inferior, as combinações com distanciamento entre espaçadores de 60 cm não atendem ao cobrimento mínimo normatizado, pois possuem uma probabilidade de ocorrência de valores insatisfatórios elevadas. Entretanto, esta probabilidade é muito inferior a das lajes não controladas, que chegam a mais de 63% de ocorrência.

4. Conclusões

Os resultados obtidos e as análises realizadas nesta pesquisa dizem respeito, única e exclusivamente, à amostra em questão que, conforme explicado, trata-se da situação mais crítica. Neste sentido, a partir dos resultados encontrados, conclui-se que: n A distância entre os espaçadores e a distância entre os pontos de amarração exercem influência significativa na obtenção do cobrimento final de armaduras em lajes.

n Não existe interação entre a distância entre os espaçadores e a distância entre os pontos de amarração.

n Os fatores controlados, distância entre os espaçadores e a distância entre os pontos de amarração, são inversamente proporcionais ao cobrimento, ou seja, quanto menor as distâncias, maiores os cobrimentos alcançados.

n Quando controlado o distanciamento entre espaçadores e pontos de amarração, a probabilidade de obter cobrimentos satisfatórios é superior.

5. Agradecimentos

Ao CNPq e CAPES pelo fomento à pesquisa, à UFRGS em especial ao NORIE, pelo assessoramento e disposição de equipamentos, e à empresa que concedeu espaço para a realização desta pesquisa.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Out 2015

Histórico

• Recebido
  06 Nov 2014
• Aceito
  28 Maio 2015