Tração do Concreto: Comparação entre os Métodos de Ensaios de Tração por Compressão Diametral e Tração por Flexão

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1 Tração do Concreto: Comparação entre os Métodos de Ensaios de Tração por Compressão Diametral e Tração por Flexão Larissa Alves Matos, Elder Márcio Sousa Serqueira, Nara Miranda de Oliveira Cangussu e Heloísa Oliveira Godinho. Resumo A tração do concreto é uma importante propriedade que deve ser conhecida por estar diretamente relacionada às fissuras do material em seu estado sólido, além de tornar possível a prevenção de patologias futuras que as estruturas possam vir a apresentar. Este artigo teve como objetivo comparar e indicar o método mais adequado de obtenção da tração indireta no concreto. Foram confeccionados 12 corpos de provas (CP s) prismáticos com dimensões de 15x15x50 cm e 24 cilíndricos de Ø10x20 cm, para três variações de classes de concreto (C20; C25 e C30). Foram realizados ensaios de compressão axial a fim de conhecer sua real resistência à compressão, encontrando como resultados 20,2 MPa; 29,6 MPa; e 33,4 MPa, respectivamente. Na sequência, os CP s foram submetidos aos ensaios de tração por compressão diametral e tração por flexão. Levando em consideração que as tensões de tração se distribuem diferentemente entre os diferentes tipos de carregamento de peças estruturais, deve-se observar o tipo de estrutura a ser avaliada. Conclui-se que os resultados da tração por compressão diametral foram menores que os de tração por flexão, sendo esta diferença maior quanto maior for a classe do material. Apesar das diferenças encontradas entre os métodos neste estudo, todos os valores de resistências de tração encontradas superam os 10% da sua resistência à compressão, que é o que a literatura referencia e os cálculos estruturais geralmente consideram. Introdução O concreto de cimento Portland, quando bem dosado e produzido, torna-se um material bastante durável e resistente. É um dos materiais de construção mais consumidos em todo o mundo, por ser de fácil aplicação e moldagem, além de ser produzido com matérias-primas simples, cimento, areia, brita e água. O concreto tem como característica principal o seu alto desempenho à compressão. A resistência à tração do concreto, portanto, não é a sua característica principal, porém pode ser o limitante de ruptura para uma estrutura onde este tipo de solicitação aparece como vigas e lajes à flexão e pavimentos rígidos rodoviários. Dessa forma, além dos controles corriqueiros de análise de sua resistência à compressão axial, referenciados em todos os projetos de estruturas, faz-se necessária a avaliação de sua resistência à tração, por métodos normativos existentes. Dentre eles, os mais praticados: Tração por Compressão Diametral e Tração por Flexão. Este trabalho busca, portanto, comparar os valores de tração encontrados nos dois métodos, para concretos de mesma amassada. 1

2 Materiais e métodos Este estudo foi desenvolvido seguindo as determinações das seguintes normas: NBR 5738:2015 Concreto Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova; NBR 5739:2007 Concreto Ensaios de compressão de corpos de prova cilíndricos; NBR 12142:2010 Concreto Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos; NBR 7222:2011 Argamassa e Concreto Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. O concreto utilizado para o desenvolvimento do artigo foi confeccionado e moldado no laboratório de Solos e Tecnologia das Construções da Faculdade Santo Agostinho. Tanto os materiais quanto os insumos (Cimento Portland CP II E32, areia fina, brita 02 e água) utilizados foram encontrados no próprio laboratório. A NBR 12142: 1991, descreve que, para a realização do ensaio de tração por flexão, devem ser moldados corpos de prova prismáticos e com dimensões estabelecidas pela Tabela 1. Tabela 1 - Dimensões do corpo de prova e vão de ensaio. Dimensão básica Comprimento mínimo Vão de ensaio (mm) (mm) (mm) Já a NBR 5739:2007 diz que para a realização do ensaio de tração por compressão diametral, devem ser moldados corpos de prova (CP s) cilíndricos, os moldes devem ter altura igual ao dobro do diâmetro, e o diâmetro deve ser de 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, ou 45 cm. 2

3 Dessa forma, foram moldados para cada traço 04 (quatro) CP s prismáticos de dimensões 15x15x50 cm e 04 (quatro) cilíndricos de Ø = 10 cm e altura de 20 cm, que foram submetidos aos ensaios de tração por flexão e tração por compressão diametral, respectivamente. Utilizando o método do ACI (American Concrete Institute) na determinação da dosagem do concreto, calculou-se que seria necessário: 19,66 Kg de cimento, 46,67 Kg de areia, 60,22 Kg de brita e 12 litros de água, para confecção do traço de 20,0 MPa. Para o traço de 25,0 MPa foram utilizados 22,68 Kg de cimento, 44,23 Kg de areia, 59,83 Kg de brita, 12,02 litros de água. E, finalmente, para o traço de 30,0 MPa, 25,98 Kg de cimento, 40,21Kg de areia, 60,35 Kg de brita e 12,28 litros de água. Foram confeccionados, portanto, concretos com os seguintes traços unitários: (1 : 2,374 : 3,063 : 0,605), (1 : 1,950 : 2,638 : 0,530), (1 : 1,548 : 2,323 : 0,473), com o intuito de verificar a influência da resistência à compressão nos resultados de tração pelos dois métodos. A norma prescreve que, antes da realização dos ensaios, os moldes devem ser revestidos internamente com uma fina camada de óleo lubrificante, para facilitar a retirada do CP após sua cura inicial. Finalizado o processo de cura, na idade de controle de 28 dias, foram traçadas linhas diametralmente opostas ao longo da direção longitudinal dos CP s cilíndricos, de forma a facilitar a centralização na máquina de ensaio. Utilizando um paquímetro digital foram feitas as medidas de três alturas ao longo do seu diâmetro para utilização no cálculo da tração. Nos corpos de prova prismáticos, foram traçadas linhas para auxílio do posicionamento dos apoios no ensaio, conforme Figura 1, assim como para determinar a fórmula adequada para o cálculo, que varia em função da localização da seção de ruptura. Logo após o ensaio foram feitas três medidas em sua sessão de ruptura. 3

4 Figura 1 Esquema de posicionamento do Corpo de Prova Prismático na Prensa Fonte: ABNT NBR 12142:2010 As Figuras 2 a 10 demonstram a sequência dos processos. Figura 2 Confecção do concreto. Figura 3 Slump test. Figura 4 Adensamento dos corpos de prova. Figura 5 Cura inicial ao ar dos corpos de prova 24h. 4

5 Figura 6 Identificação e pesagem dos corpos de prova. Figura 7 Cura por imersão dos corpos de prova em água saturada com cal. Figura 8 Ensaio de compressão axial. Figura 9 Ensaio de tração por compressão diametral. Figura 10 Ensaio de tração por flexão. 5

6 Resultados e Discussões Considerando que deve ser adotado o maior valor no ensaio de compressão axial numa mesma idade de controle de uma mesma amassada, os resultados encontrados foram 20,2 MPa; 29,6 MPa e 33,4MPa, como mostram as Tabelas 2 e 3, para as três classes de concreto produzidos. Tabela 2 - Resultados do Ensaio de Resistência à Compressão Axial. Resistência Diâmetro Altura Carga máxima Resistência à estimada (MPa) (mm) (mm) suportada (ton) compressão efetiva (MPa) 20,0 99,88 197,97 16,15 20,2 25,0 99,59 198,73 23,55 29,6 30,0 99,49 197,97 26,5 33,4 A Tabela 3 mostra os resultados de tração por compressão diametral, a qual apresenta valores muito próximos, demonstrando que o percentual de acréscimo de resistência à tração (de 3,2 MPa para 3,3 MPa = 3%) não cresce na mesma proporção que os valores de compressão (de 20,2 MPa para 33,4, MPa = 60%). Tabela 3 - Resultados de tração por compressão diametral. Resistencia à Diâmetro Altura Carga máxima compressão efetiva (mm) (mm) suportada (ton) (MPa) Tração por compressão diametral (MPa) 20,2 99,58 197,68 9,94 3,2 29,6 99,96 200,10 10,68 3,3 33,4 99,84 197,31 10,52 3,3 Já no ensaio de resistência à tração por flexão, notou-se um acréscimo de 15% da tração, entre as suas resistências Tabela 4. 6

7 Tabela 4 - Resultados de tração por flexão. Resistencia à Largura Altura Carga máxima Tração compressão efetiva (MPa) (mm) (mm) suportada (ton) por flexão (MPa) 20,2 153,35 151,29 3,54 4,4 29,6 149,95 152,78 3,68 4,6 33,4 152,62 151,72 4,14 5,2 A Figura 11 ilustra os resultados encontrados nas planilhas anteriores ,2 4,4 4,6 3,2 3,3 3,3 20,2 29,6 33,4 Tração Compressão Diametral (MPa) Tração por Flexão (MPa) Compressão Axial (MPa) Figura 11 Gráfico comparativo entre métodos de tração. Comparando os resultados entre os métodos, vê-se que os valores encontrados no método de tração por flexão são maiores, considerando o mesmo concreto. Também é possível constatar que, quanto maior a classe do concreto, maior essa diferença entre os métodos, chegando esta diferença de mais de 35%. Conclusões Apesar das diferenças entre os métodos encontradas neste estudo, todos os valores de resistências de tração encontradas superam os 10% da sua resistência à compressão, que é o que a literatura referencia e os cálculos estruturais geralmente consideram. Como opção para escolha do método, sugere-se o ensaio de tração por compressão diametral àquelas peças estruturais que estejam submetidas à solicitação 7

8 predominante de compressão, como pilares, e o ensaio de tração por flexão, àquelas cujos esforços solicitantes principais sejam a flexão, como lajes e vigas. Referências [1] ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12142: Concreto Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-deprova prismáticos. Rio de Janeiro: ABNT, [2] ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Concreto Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro: ABNT, [3] ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7222: Argamassa e Concreto Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro: ABNT, [4] ADÃO, F. X.; HEMERLY, A. C. Concreto Armado. 2 edição revisada e atualizada. Rio de Janeiro: Interciência, p. [5] ARAÚJO, José Milton de. Curso de concreto armado. v.1, 4.ed. Rio Grande: Dunas, p. [6] BASTOS, Paulo Sérgio dos Santos. Fundamentos do concreto armado. Apostila. Bauru: São Paulo, p. [7] BOTELHO, Manoel Henrique Campos. Concreto armado eu te amo. Edição experimental. São Paulo: editora Edgard blucher ltda, p. [8] CALDAS, A.J. A. Avaliação de abertura de fissuras de flexão em vigas de concreto armado Dissertação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos. [9] CARVALHO,R,C.; FILHO, J.R.F. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. 3.ed. São Carlos: EdUFScar, p. [10] CUNHA, Danilo Jorge Evangelista. Análise de fissuração em vigas de concreto armado Monografia (graduação) Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Civil, Fortaleza. [11] FUSCO, P. B. Tecnologia do Concreto Estrutural. 1ª. ed. São Paulo: Pini p. [12] FUSCO, P. B. Tecnologia do Concreto Estrutural. 2ª. ed. São Paulo: Pini p. [13] MEHTA, P.K; MONTEIRO, J. M. Concreto: estutura, propriedades e materiais. São Paulo: Pini, p. [14] NEVILLE, A. M.; BROOKS, J. J. Tecnologia do concreto. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, p. [15] TAKATA, Leandro Teixeira. Aspectos executivos e a qualidade de estruturas em concreto armado: Estudo de caso. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal de São Carlos. São Carlos, [16] RIBEIRO, Jessica Costa. Materiais de Construção: Cimento Dissertação (monografia). Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Federal do Pará. Belém. [17] RIBEIRO, C. C.; PINTO, J. D. S.; STARLING, T. Materiais de construção civil. 4ª. Ed. rev. Belo Horizonte. Editora UFMG, p. 8