/ ANÁLISE DA VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL DO CONCRETO EM DUAS CONDIÇÕES DE CONTORNO 1. INTRODUÇÃO O esforço de compressão está presente nos mais diversos sistemas construtivos, sendo sua análise de extrema importância para a escolha do material a ser utilizado, assim como para o dimensionamento do mesmo. Portanto, para o desenvolvimento de um projeto é necessário ter conhecimento da resistência à compressão do material adotado, o qual deve apresentar resistência mínima, assim como uma deformação aceitável e garantir que o elemento continue com a dimensão de projeto mediante os esforços de compressão. Sendo assim, sabe-se que em ensaios laboratoriais de compressão axial de corpos de prova de concreto, o ambiente de teste influencia significativamente na coerência dos resultados. O atrito gerado entre o corpo de prova e os pratos da máquina de ensaio resulta em uma modificação no modo de falha e nas propriedades mecânicas dos corpos de prova, visto que a restrição de deslocamento que ocorre gera tensões de fricção no elemento que acarretam em tensão triaxial (VAN GEEL, 1998). Visto isso, é de grande importância analisar o quão influente se tornam essas tensões geradas pelo atrito entre corpo de prova e máquina de ensaio, de modo a tornar os ensaios experimentais de compressão axial mais confiáveis, sem sofrer influência do ambiente de ensaio. Para isso, será verificado a partir de duas condições de contorno entre máquina e corpo de prova, se a variação de atrito modifica os resultados de resistência á compressão de modo considerável e como ocorre a ruptura dos mesmos. 2. METODOLOGIA Para a realização do estudo utilizou-se um concreto com resistência de 30 MPa, para sua produção empregou-se como agregado graúdo brita 1, sendo está uma pedra britada de origem basáltica com grãos predominantemente cúbicos, cujo diâmetro característico é de 12,7 mm e módulo de finura de 6,77, de agregado miúdo optou-se por uma areia média de 0,425 mm de diâmetro característico e módulo de finura de 1,16. O cimento Portland utilizado foi do tipo CP V ARI da marca CAUÊ. A Tabela 1 apresenta as proporções dos materiais utilizados para produção do concreto em relação a um saco de cimento. Tabela 1: Traço em massa do concreto de 30MPa Cimento Areia Brita Água 1 2,57 3,49 0,68 Realizou-se a produção do traço de concreto e moldaram-se um total de 30 corpos de prova cúbicos, com dimensões de 10 cm, os quais foram postos a cura por 28 dias de acordo com a NBR NM 5738 (ABNT, 2016), após este intervalo de tempo retificaram-se os mesmo e iniciaram-se os ensaios experimentais.
Foram executados ensaios com aplicação de graxa nas faces em contato com a máquina de ensaio, visando uma condição de contorno que proporcionasse ao ensaio de compressão axial uma condição de atrito mínimo entre concreto e metal, permitindo a deslocabilidade das faces dos cubos no momento do ensaio, minimizando o máximo possível o atrito. A Figura 1 apresenta a condição de ensaio, assim como o produto utilizado nas faces dos corpos de prova ensaiados nesta condição de contorno. Figura 1. Condição de atrito mínimo: a - Condição de ensaio, b - Graxa utilizada. Também se realizaram ensaios com as faces dos corpos de prova coladas em chapas metálicas, as quais estavam em contato direto com a máquina de ensaio, representando uma condição de atrito máximo (fricção) nas extremidades dos corpos de prova. A Figura 2 mostra como foi executado o ensaio e o produto utilizado para colar o corpo de prova nas chapas metálicas, o qual se trata de um adesivo estrutural de base epóxi que apresenta altas resistências em baixas idades. Figura 2. Condição de atrito mínimo: a - Condição de ensaio, b - Graxa utilizada. Para a realização de ambos os ensaios de compressão axial utilizou-se a prensa hidráulica da marca INSTRON, SATEC séries, modelo 5590-HVL.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Realizaram-se ensaios em duas condições de contorno, com graxa (sem atrito) e com cola (com atrito), porém para uma análise mais ampla também foram feitos ensaios de compressão simples de maneira usual, ou seja, sem a utilização de alguma restrição ou lubrificante, de modo a ter uma referência (simplesmente apoiado). Os resultados encontrados apresentam-se na Tabela 2 e na Figura 3. Tabela 2: Resistência de corpos de prova ensaiados com diferentes condições de contorno Condição de Contorno Utilizando graxa (sem atrito) Simplesmente apoiado Utilizando cola (com atrito) Tensão Média (MPa) 29,96 35,70 41,93 Coef. Var. 11,74 9,96 5,31 Figura 3. Gráfico da tensão média dos corpos de prova obtida para cada condição de contorno. A partir dos resultados apresentados na Tabela 2, ao comparar a média de resistência obtida nos ensaios realizados com as amostras somente apoiadas com os ensaios com utilização de graxa (sem atrito), há uma diminuição de 19% de resistência, já quando é utilizado cola (com atrito) para a restrição de deslocamento, a resistência é elevada em 17%. Desse modo, confirma-se que realmente há uma diminuição da resistência quando o atrito entre prensa e corpo de prova é minimizado, da mesma maneira que quando se eleva o atrito com a utilização de cola há um acréscimo alto de resistência devido a fricção gerada. A Figura 4 apresenta imagens representativas do rompimento dos corpos de prova ensaiados variando a condição de contorno.
Figura 4. Corpos de prova ensaiados com diferentes condições de contorno: a - Simplesmente apoiado, b - Utilizando graxa (sem atrito), c - Utilizando cola (com atrito) Como pode ser verificado na Figura 4, quando se aumenta o atrito nas extremidades dos cubos, o deslocamento entre o elemento e máquina torna-se restrito em virtude das tensões de fricção nas extremidades da amostra, gerando tensões triaxiais de confinamento que forçam a um modo de falha padrão, com formato de ampulheta devido ao cone de tensões gerado na interface entre amostra e máquina de ensaio. A Figura 5 adaptada do trabalho de Bezerra et al (2015) mostra as configurações de rompimento quando colocado o corpo de prova a ensaio tanto sob fricção (Figura 5 a) quanto com a utilização de lubrificante (Figura 5 - b), as duas representações se comparadas as imagens contidas na Figura 4, constata-se que houve uma correspondência nos modelos de ruptura para as duas condições de contorno. Figura 5. Modo de falha de amostra de acordo com as condições de contorno: a - Ensaio com fricção (com atrito), b - Ensaio sem fricção (sem atrito)
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com a realização do presente trabalho verificou-se experimentalmente que o atrito gerado no ambiente de ensaio modifica consideravelmente os resultados finais dos ensaios, visto que ao maximizar o atrito com cola há um acréscimo de resistência de 17% e quando minimizado com graxa ocorre uma diminuição de 19% da tensão encontrada para os ensaios de referência (simplesmente apoiado). O decréscimo de resistência a medida que se minimiza o atrito nos ensaios, é justificado pelo fato de que a fricção que ocorre cria tensões de cisalhamento que atuam na interface entre máquina e corpos de prova, gerando uma situação de confinamento no interior do elemento, o que consequentemente eleva a carga máxima dos mesmos, em virtude de que nestas regiões confinadas ocorre compressão triaxial, a qual é maior que a força de compressão axial (CARPINTERI et al. [ca. 1998]). Sendo assim, conclui-se que é fundamental minimizar o atrito gerado nos ensaios de compressão axial, visto que as restrições geradas durante o ensaio tendem a influenciar significativamente nos resultados finais obtidos, tornando-os não ideias para análise em um ensaio de compressão simples. Para trabalhos futuros recomenda-se que se façam simultaneamente com ensaios experimentais a realização de simulações numéricas, a fim de verificar se o que ocorre em laboratório também pode ser determinado nos softwares, de modo que possam ser realizados ensaios em escalas maiores, os quais não são possíveis experimentalmente. 5. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro, 2016. BEZERRA U.T., ALVES S. M. S., BARBOSA N. P., TORRES S. M. Corpo de prova na forma de ampulheta: resistência à compressão de concretos e argamassas (análises numérica e experimental), Ibracon structures and materials jornal, v. 9, p. 510-524, August (2015). CARPINTERI A., CIOLA F., PUGNO N. Application of the boundary element method to the compressive strain-softening behaviour of concrete, Fracture Mechanics of Concrete Structures, Freiburg, p. 1949-1962, [ca. 1998]. VAN G. E. Concrete Behaviour in Multiaxial Compression: Experiment al Research. Tese (Doutorado em Engenharia) - Faculdade de Arquitetura da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, Departamento de Design Estrutural, Eindhoven, ISBN 90-6814-548-7, 1998.