Ensaios de materiais
Marco Antônio de Morais Alcantara
A resistência à tração se apresenta importante para os concretos, tendo em vista as tendências deste à fissuração. Esforços de tração podem ser induzidos por esforços de cisalhamento em concreto armado (NEVILLE, 2016), assim como, em algumas situações, as estruturas podem sofrer maior fragilidade, em razão de apresentarem maior susceptibilidade dos esforços de tração, como nos casos de sismos. Cabe considerar que, o concreto resiste preferencialmente aos esforços solicitantes de compressão, do que os esforços de tração. Isto contribui para com a importância do conhecimento dos níveis de resistência dos concretos aos esforços de tração.
Discutiremos nesta postagem os ensaios mecânicos do concreto para a avaliação da resistência à tração, os procedimentos básicos, os valores que podem ser obtidos e os fatores de influência.
Ensaios para a avaliação da resistência à tração
Para se identificar os valores da resistência à tração do concreto pode se recorrer à três métodos reconhecidos: (i) ensaio direto de tração; (ii) ensaio de compressão diametral, e o (iii)ensaio de flexão.
Ensaios de tração direta
Os ensaios resistência à tração de modo direto são executados por meio da solicitação dos materiais aos esforços de tração, procurando-se manter o caráter axial. Normalmente os materiais assumem a forma cúbica ou prismática, e são fixados à máquina de ensaios por meio de colagem com resinas especiais. A Figura 1 apresenta o sistema como por mim executado no Laboratoire Matériaux et Durabilité des Construtions de Toulouse-FR.
Figura 1: Ensaio de tração direta
Os ensaios de tração direta são pouco utilizados no meio técnico, em face de suas complexidades de execução, e da simplicidade de outros métodos para a aplicação corrente. Conforme Neville (2016), o ensaio pode ser influenciado por esforços parasitas devido ao direcionamento dos esforços.
Acerca das complexidades envolvidas nos ensaios de tração direta, Neville e Brooks (2013) asseveram que: "Em virtude da difícil aplicação de tração uniaxial a um corpo de prova de concreto ( devido á necessidade de fixação das extremidades e para evitar a ocorrência de flexão), a resistência à tração do concreto é determinada por métodos indiretos: o ensaio de resistência à tração na flexão e o ensaio de resistência à tração por compressão diametral. Estes métodos tem resultados mais elevados que a resistência à tração "real", obtida por carregamento uniaxial pelas razões citadas na página 191".
Os ensaios de determinação do valor da resistência à tração por meio indireto podem ser realizados através dos ensaios de resistência à compressão diametral e dos ensaios de flexão em vigas, apresentados à seguir..
Ensaio de tração por compressão diametral
O ensaio de resistência à compressão diametral é executado a partir da aplicação de um carregamento segundo a geratriz do corpo de prova, conforme é ilustrado na Figura 2.
Figura 2: Ensaio de resistência à compressão diametral
Figura 3: Corpo de prova e solicitações de tração em ensaio de compressão diametral
Após a ruptura do corpo de prova, obtém-se facilmente o corpo de prova dividido em duas partes, como apresentado na Figura 4.
O ensaio é prescrito pela NBR 7222: 2010. O valor da resistência à tração é facilmente calculado em função da força aplicada na ruptura, do diâmetro do corpo de prova e do comprimento deste.
Figura 4: Corpo de prova após ruptura por compressão diametral
Através da observação das superfícies de ruptura pode-se inferir sobre as condições de homogeneidade do corpo de prova, da ocorrência ou não de exsudação ou de segregação. para os casos de resistência moderada observa-se que a ruptura se dá na pasta, enquanto que, para os casos de concretos com alta resistência, a ruptura pode se dar também através dos agregados.
Tem-se que:
σ= 2F/(3,1416xD.L)
Onde “F” representa a força aplicada, “D” o diâmetro do corpo de prova, e “L” o comprimento do corpo de prova.
Os ensaios exigem a colocação de tiras de madeira como calços, para atenuar as tensões próximas à superfície.
Segundo L’Hermite, quando comparados os resultados dos ensaios de tração direta com os ensaios de tração por compressão diametral, os valores da resistência por tração direta são aproximadamente 0,8 vezes os valores obtidos por ensaios de compressão diametral. Já, Neville (2016) apresentam os resultados dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral da ordem de 5 a 12% superiores que os ensaios de tração direta.
Cabe considerar conforme Neville (2016) que, para os ensaios tração por compressão diametral , este é pouco afetado pela presença de umidade, visto que, a ruptura ocorre em um plano distante da região de molhagem.
Ainda, se pode determinar o valor da resistência à tração por meio do ensaio de flexão em vigas, conforme prescreve a NBR 12142:2010.
Ensaio de tração por flexão em vigas
Para a execução do ensaio de flexão, um aparato é preparado, onde o carregamento é aplicado em duas seções simétricas, situadas em terços do material, conforme ilustra a Figura 5.
Figura 5: Ensaio de resistência á tração por flexão
Algumas hipóteses são levantadas para os ensaios de flexão:
-O material é elástico linear;
-As tensões são proporcionais as deformações, e os valores se dão máximos para com a distância máxima da linha neutra.
O valor máximo de tração resistida é denominado de "módulo de ruptura".
A ruptura poderá se dar segundo três situações:
Uma delas, dentro do intervalo do terço médio. Neste caso, o valor da tensão é dado por:
σ= F.l/b.h2
onde “F” é a força máxima resistida, “l” é o comprimento da viga, e “b” e “h” são a largura e a altura da viga respectivamente.
No caso de a ruptura ocorrer fora do terço médio, situada entre uma das seções de aplicação de carga e o apoio mais próximo, deverá a distância entre estes pontos ser inferior à 5% do comprimento do vão, caso contrário, o ensaio deverá ser rejeitado. Para o caso em que se enquadre a situação, o valor da resistência à tração pode ser dado por:
σ= 3F.a/b.h2
onde, "a" corresponde a distância entre linha da seção onde ocorreu a ruptura e a linha do apoio mais próximo.
O carregamento deve ser perfeitamente centralizado. Normalmente uma ranhura é realizada na parte inferior do corpo de prova, no centro, de modo a poder orientar a abertura da ruptura na região central, como ilustra o caso de flexão à três pontos na Figura 6.
O carregamento deve ser perfeitamente centralizado. Normalmente uma ranhura é realizada na parte inferior do corpo de prova, no centro, de modo a poder orientar a abertura da ruptura na região central, como ilustra o caso de flexão à três pontos na Figura 6.
Figura 6: Ruptura em ensaio de flexão
Segundo L’Hermite, quando comparados os resultados dos ensaios de tração direta com relação aos ensaios de tração por flexão em vigas, os valores da resistência por tração direta são aproximadamente 0,6 vezes aos valores obtidos por ensaios de flexão em vigas.
Comparando-se as contingências dos ensaios de tração direta e os ensaios de flexão, destacando para os aspectos favoráveis para os ensaios de flexão, Neville (2016) aborda que:
-As possíveis excentricidades na aplicação dos esforços de tração, podem contribuir para a diminuição dos valores de resistência;
-para os casos de tração direta, todas as seções estão sujeitas á tensão máxima, com o risco de existir uma seção com maior fragilidade (elo mais fraco);
-no caso de flexão, fissuras podem ser bloqueadas por material menos tensionado, próximo à linha neutra.
Agora, algumas observações são levantadas para a relação tensão deformação em ensaios de flexão, conforme Neville (2016):
O crescimento das tensões no concreto é mais gradual, a partir de 50% dos valores em relação à tensão máxima; como consequência, o valor alcançado para o ensaio de flexão superestima o valor da tensão, de modo que, ao invés do diagrama ser triangular, como preconiza os modelos clássicos, ele é parabólico.
Por esta razão, o valor real da resistência à tração encontrado para o ensaio de flexão pode ser da ordem de 3/4 do valor encontrado.
Algumas considerações podem ser feitas para os ensaios de flexão, de que a direção do carregamento coincide com a direção da concretagem, e que, o diâmetro máximo do agregado deve ser da ordem de 1/3 da largura do prisma.
Com relação ao umedecimento, pode-se considerar, conforme Neville (2016) que o valor do módulo de ruptura não seja afetado, comparado aos casos de corpos de prova secos, em razão de que, no caso da secagem, tensões de tração adicionais podem ser induzidas nos prismas.
Conclusão:
O método direto está mais vinculado à definição do esforço solicitante de tração, porém apresenta maiores complexidades, além de ser mais trabalhoso para ser realizado. O método por meio do ensaio de flexão se mostra favorável, bem fundamentado em termos de suas hipóteses, sobretudo ainda com algumas contingências. O método com base no ensaio de compressão diametral se apresenta bastante preciso, sem grandes contingências que possam interferir nos resultados, e é bastante simples de ser executado. Talvez sejam estas as razões de que ele seja bastante difundido no mundo inteiro.
Veja também sobre os ensaios de avaliação da resistência à compressão uniaxial e do módulo de elasticidade:
Ainda, veja sobre a linguagem dos ensaios mecânicos:
Bibliografia
ANDRADE, J.J.O; TUTIKIAN, B.F. Resistência mecânica do concreto, CONCRETO: CIÊNCIA e TECNOLOGIA, Editor Geraldo C. Isaia-IBRACON, 2011, pg.615-651
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5739 Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro: ABNT 2007.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5738 Procedimentos para a moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro: ABNT, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 12142. Determinação da resistência à tração na flexão de corpos de prova prismáticos. Rio de Janeiro: ABNT:2010.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7222 Concreto e argamassas-Determinação resistência à tração compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro: ABNT, 2010.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 8522 Concreto- Determinação do módulo estático de elasticidade à compressão. Rio de Janeiro: ABNT, 2008.
L’HERMITE, R. Ao pé do muro, 1967, Eyrolles-Paris/SENAC, 173p.
NEVILLE, A.M. Propriedades do concreto. Porto Alegre, 2016, bookman, 888 p.
NEVILLE, A.M; BROOKS, J.J. Tecnologia do concreto. porto Alegre, 2013, bookman, 448p.
SHEATA, L.C.D. Propriedades elasto-plásticas do concreto. CONCRETO: CIÊNCIA e TECNOLOGIA, Editor Geraldo C. Isaia-IBRACON, 2011, pg. 653-671
