Reproduzido da Revista Concreto e Construções — Ano 45, nº 86 — ABR–JUN 2017

Artigo original de:

Claudius S. Barbosa
Professor e consultor — Escola Politécnica da USP

Petrus Gorgônio B. da Nóbrega
Professor Associado — Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Conteúdo reproduzido integralmente com os devidos créditos aos autores e à publicação original.

1. Introdução

Com o desenvolvimento da economia e o crescimento das cidades, aumentando vertiginosamente o valor do metro quadrado nos grandes centros, cada vez mais se observa na construção civil a utilização de edificações existentes – e que foram projetadas para uma utilização específica – adaptadas a uma nova função.

Essa alteração muitas vezes vai além da simples alteração da disposição do ambiente e, comumente, ocorre a adoção de ações acima dos valores previstos em projeto em alguma área ou, quando se torna mais relevante, em toda a edificação.

Por outro lado, caso as informações sobre o detalhamento das armaduras estejam facilmente disponíveis, pode haver o interesse (ou dúvida) de algumas das partes envolvidas no processo para ratificar a qualidade da execução da estrutura e, dessa maneira, invariavelmente, mostra-se necessária a conferência da posição, diâmetro e cobrimento das barras de aço.

Ainda, para a extração de testemunhos de concreto, técnica essencial para determinar a resistência à compressão do concreto em uma estrutura já construída, faz-se necessário o conhecimento da posição e arranjo das barras de aço a fim de evitar conflito com a armadura durante essa extração.

Um exemplo importante que pode ser citado é o do edifício que abrigava a Companhia Sul América de Seguros, projetado em 1922, localizado na Rua Quitanda, na cidade do Rio de Janeiro e vencedor de prêmio pela execução do retrofit no ano de 2012. O edifício foi modernizado e hoje abriga escritórios de empresas nacionais e estrangeiras.

Outros exemplos desse tipo de readequação podem ser encontrados em grandes cidades brasileiras, como o Edifício 740 Anastácio e a Subestação Riachuelo – Red Bull Station, ambos em São Paulo.

2. Técnicas e equipamentos comumente empregados

Intuitivamente, a maneira mais direta de se obter informação sobre as barras da armadura de um elemento estrutural qualquer é por meio da retirada da camada superficial do concreto, deixando-as à mostra.

Essa tarefa, embora simples, demanda muita energia dos executores, cuidados para não causar danos à estrutura e, por fim, a necessidade posterior de recuperação para garantir o desempenho estrutural e sua durabilidade.

Tal técnica, bastante utilizada ao longo dos anos – e ainda hoje, em casos específicos – é conhecida como “escarificação”.

Com a evolução da tecnologia nas últimas décadas, ficou cada vez mais acessível à comunidade técnica os aparelhos denominados “detectores de armadura”, chamados comumente de pacômetros (do inglês pachometer ou covermeter).

No Brasil, ainda não existe uma norma reguladora para esses ensaios, mas a metodologia é prescrita, por exemplo, pelos seguintes códigos internacionais:

• ACI 228 2R-13: Report on Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures. American Concrete Institute
• BS 1881-204:1988: Testing concrete. Recommendations on the use of electromagnetic covermeters. British Standards

As bobinas do transdutor são periodicamente carregadas com pulsos de corrente e, assim, geram um campo magnético.

Correntes parasitas são produzidas sobre a superfície de qualquer material eletricamente condutor que estiver no campo magnético e induzem um campo magnético na direção oposta.

A partir da mudança na tensão são inferidas as características das barras: cobrimento e diâmetro.

A grande vantagem desta técnica, sem dúvida, é o caráter não destrutivo, evitando a quebra e recomposição da camada de concreto.

É de baixo custo quando comparada com outras técnicas, descritas a seguir, e o resultado é obtido no momento do teste.

Por outro lado, a atividade de reconhecimento das barras não é tão ágil quanto possa parecer, já que o detector apresenta alta sensibilidade e limitações de alcance: a espessura da camada de cobrimento, por exemplo, não pode ser muito alta, tendo como limite máximo a faixa entre 7 e 10 cm.

Outra limitação da técnica é quando as barras de aço estão muito próximas umas das outras, fazendo o equipamento “confundí-las” como uma única barra de diâmetro maior.

Figura 3: Interferência gerada por barras próximas

Um aparelho comercial para a detecção das características das barras exige, em primeiro lugar, a identificação de sua posição (direção e espaçamento), demarcando-se uma “grade” na superfície do elemento de concreto, para, em seguida, posicionar com exatidão o sensor e detectar as demais características com precisão: diâmetro e cobrimento.

Figura 4: Marcação, com auxílio do equipamento, do posicionamento das barras na superfície e verificação de suas características

A identificação da posição das barras por parte do executor se dá por meio de alerta sonoro ou, para os aparelhos mais modernos, pela interface gráfica na tela do equipamento.

Assim, fica evidente que, apesar da maior facilidade que esse procedimento gera para identificação das barras, os dados devem ser analisados com bastante critério a fim de se garantir um nível de confiabilidade elevado.

A experiência e conhecimento técnico da mão de obra executora são muito importantes para interpretação dos resultados e para a maior agilidade do processo.

Ainda na Figura 4 pode ser observado que a marcação inicial indicou barras com diâmetro de 40 mm, não usuais, especialmente no caso de edifícios. Este fato indicou e, em seguida, foi confirmada a existência de um feixe de barras.

Outra técnica que vem sendo difundida é o ensaio GPR (Ground Penetrating Radar), que tem como princípio ativo a emissão de ondas de rádio para detectar “objetos” no concreto.

As ondas são energia eletromagnética emitida e captada pelas antenas do GPR, em frequências superiores a 2000 MHz, que passam pela camada superficial do concreto detectando barras ou outros materiais.

Além da posição, diâmetro e cobrimento das barras, é possível identificar vazios no elemento estrutural.

Essa técnica também é utilizada para detecção de dutos no solo, por exemplo.

A capacidade de detecção das barras é superior a 30 cm de profundidade, maior que os pacômetros convencionais.

Hamasaki et al. (2003) detalham esse procedimento, destacando que as ondas eletromagnéticas curtas são emitidas por uma antena em direção ao elemento estrutural em concreto, mas a reflexão dessa onda, devido à presença das barras, possui características diferentes da emitida.

A antena receptora é a responsável pela determinação do tempo de percurso da onda e pela análise dos dados de retorno.

Dependendo do aparelho utilizado e dos softwares de análise de dados, podem-se gerar superfícies tridimensionais oriundas da movimentação das antenas sobre o elemento de concreto.

A visualização em tempo real é possível dependendo do tipo de aparelho utilizado.

Além das limitações atribuídas à técnica anteriormente descrita, a utilização de concretos com idades baixas podem afetar os resultados em função de suas características de condução e, mais uma vez, alerta-se para a importância da interpretação dos resultados obtidos e da experiência do executor do ensaio.

Figura 5: Mapeamento de um tabuleiro de ponte com equipamento do tipo GPR, juntamente com “mapa de profundidade de cobrimento” gerado após tratamento dos dados, adaptada de Hasan e Yazdani (2014)

As técnicas descritas anteriormente tornam-se pouco ágeis para levantamentos de grandes superfícies, pois ainda são muito dependentes da mão de obra e da análise dos resultados.

Comparando-se a pacometria e o GPR, Hamasaki et al. (2003) concluem que:

a) A localização da posição das barras por ambos os métodos é satisfatória, com uma precisão de ±10 mm;

b) O diâmetro das barras é identificado com uma variação de aproximadamente ±3 mm;

c) A camada de cobrimento também foi obtida com uma precisão de ±10 mm, mas, neste caso, o manuseio dos equipamentos por mão de obra treinada há mais tempo levou a menores erros;

d) O estudo intensivo de técnicos especializados durante 1 semana, na maioria dos casos, garante um bom resultado.

3. Metodologias em desenvolvimento

Ainda com o custo mais elevado que as técnicas descritas anteriormente, outras duas metodologias se notabilizam pela promissora maior agilidade no levantamento das armaduras, apesar de ainda serem pouco utilizadas comercialmente: a termografia e a radiografia.

O conceito da termografia é induzir o elemento estrutural a um aquecimento, pois o aço das barras altera o fluxo de calor na região.

Para isso, a metodologia pode utilizar ar quente, radiação infravermelha ou outras fontes, mas que geram alguma dificuldade em função das maiores ou menores dimensões das peças ou áreas a serem analisadas.

Após o aquecimento da superfície, uma câmera de termovisão é utilizada para inspeção da superfície, que são separadas em zonas com temperaturas diferentes.

Szymanik et al. (2016) apresentaram um estudo em que foi utilizada a termografia infravermelha para detecção de barras, com a utilização de micro-ondas.

Essa técnica tem uma restrição relativa à profundidade da locação das barras (além de 20 mm), limitando sua aplicação àquelas localizadas superficialmente no elemento de concreto.

Mostra-se uma técnica mais eficiente para a determinação da posição e direção das barras, mas ainda altamente dependente da interpretação dos resultados, que poderia ser facilitada por meio de uma metodologia complementar como, por exemplo, a pacometria.

Já a radiografia seria um método muito eficiente, mas complicado de se aplicar em função do perigo causado ao operador.

Novas técnicas estão sendo desenvolvidas e testadas para melhorar a eficiência do processo de detecção de barras, seu diâmetro e cobrimento, como os sistemas com raios-X ou raio-gama, ou ainda a radiografia nêutron, que permite identificar detalhes e materiais internos no elemento de concreto.

O fluxo de radiação, nesses casos, que passa por um objeto seria atenuado de acordo com o tipo de material e o diferencial registrado, revelando detalhes da composição do elemento estrutural.

Atualmente, estão ocorrendo reuniões da Comissão Técnica Setorial de Construção Civil da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) para discussão de documentos de normalização, inclusive com a elaboração de um projeto de norma de radiografia de estruturas em concreto.

4. Exemplo de aplicação: acertos e limitações

Um caso de sucesso foi obtido em uma estrutura de concreto pré-fabricado em que as vigas se apoiavam nos consoles dos pilares.

Durante a instalação das vigas, observou-se a formação de fissuras na interface consolo-pilar, o que levou a equipe de montagem a suspeitar de anomalias no processo de fabricação dos elementos.

A armação especificada em projeto deveria ser constituída por um tirante e estribos verticais e horizontais, sendo ela responsável por transmitir toda essa reação da viga ao pilar.

Nessa obra existiam 4 tipos de consoles, dependendo da interação com os pórticos.

Quando da existência de um console apenas, num dos lados do pilar, a armadura do tirante seria ancorada com gancho, como indica a Figura 6.

Figura 6: Detalhe do elemento analisado (a) e croqui esquemático de sua armação (b)

A verificação da posição e diâmetro das barras de aço do tirante por meio da pacometria se mostrou complicada, tanto pela elevada concentração de barras de aço, devida ao pequeno espaçamento entre elas, como pela profundidade em que se encontravam os tirantes em relação à superfície da estrutura.

Além disso, como indicado na Figura 7, os tirantes foram posicionados dentro de bainhas para que, em seguida, fossem grauteados.

Essa situação, portanto, quase que inviabilizou o trabalho de identificação do detalhe da armação por meio de ensaio não destrutivo, mas, como um dos consoles já estava escarificado, foi possível constatar, previamente, a ausência de grauteamento das bainhas juntamente com a falta de prolongamento dos estribos horizontais dos consoles nos pilares.

Figura 7: Detalhe das armaduras do console

A pacometria buscou identificar os estribos horizontais do console e avaliar se existia ancoragem/conexão com o pilar.

Em alguns casos eles estavam presentes no console, conforme identificado no elemento na Figura 8(a).

Com isso, foram detectados dois resultados:

• Os estribos horizontais dos consoles, e seu prolongamento na seção do pilar, são claramente identificados, com cobrimento entre 25 e 30 mm;
• Os estribos horizontais dos consoles são totalmente ou parcialmente identificados, porém não é constatado o seu prolongamento na seção do pilar. Nessa região, identificou-se apenas o estribo do próprio pilar, com espaçamento conforme indicado por projeto (Figura 8(b)); outro indício observado preliminarmente era que os consoles em desacordo apresentavam o cobrimento elevado, variando entre 60 a 70 mm.

Figura 8: Console com armadura conforme (a) e não conforme (b)

O primeiro resultado foi o indício de que a armação do console ensaiado foi executada da maneira como prevista em projeto e, portanto, não haveria problema de capacidade portante; já o segundo resultado é um indício de que a armação do console ensaiado foi executada em desacordo com o projeto, provavelmente semelhante à armação apresentada na Figura 7, sem, inclusive, o grauteamento das bainhas, que, apesar de não poder ser identificado por esse ensaio não destrutivo, foi associado ao erro do detalhamento/armação dos estribos.

Adicionalmente, destacam-se as seguintes constatações, após a realização dos ensaios em 55 consoles de um total de 156:

a) Nos consoles em que a armadura foi executada conforme projeto, o cobrimento do estribo horizontal é de 25 mm, seguindo especificação de projeto; já nos consoles com erro de armação, o cobrimento verificado foi de aproximadamente 55 mm;

b) A partir da análise visual dos consoles demolidos, após a escarificação e demolição do concreto do console, verificou-se que a armadura do tirante tem cobrimento de aproximadamente 70 mm em ambas as situações (armação em acordo ou desacordo com o projeto) – essa constatação somada ao fato da região do console ser densa de armadura inviabilizou a identificação e determinação da bitola da armadura tirante.

Conclui-se que a identificação das anomalias por meio da pacometria foi precisa, já que as 20 indicações de consoles com anomalias foram confirmadas na demolição, com posterior reforço do elemento estrutural.

5. Considerações finais

A técnica GPR e a pacometria são metodologias amplamente utilizadas para identificação de armaduras em elementos de concreto armado, mostram-se eficientes e são de grande interesse para a construção civil.

É importante ressaltar que sua utilização apresenta limitações em função do cobrimento ou proximidade das barras e os resultados dependem da qualidade e experiência do executor dos ensaios e da análise criteriosa dos resultados.

Outras metodologias, como a termografia e a radiografia da estrutura, ainda estão em desenvolvimento e vêm sendo testadas em laboratórios; contudo, sua utilização ainda é de uso comercial restrito.