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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLOGICAS
CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
FRANCISCO ROSENDO SOBRINHO
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DO CONCRETO COM ADITIVO
ATRAVÉS DO ENSAIO DE COMPRESSÃO DIAMETRAL: ANÁLISE
EXPERIMENTAL COM O USO DA TÉCNICA DA CORRELAÇÃO DE IMAGENS
MOSSORÓ-RN
2013
FRANCISCO ROSENDO SOBRINHO
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DO CONCRETO COM ADITIVO
ATRAVÉS DO ENSAIO DE COMPRESSÃO DIAMETRAL: ANÁLISE
EXPERIMENTAL COM O USO DA TÉCNICA DA CORRELAÇÃO DE IMAGENS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a
Universidade Federal Rural do Semi-Árido –
UFERSA, Departamento de Ciências Exatas e
Naturais para obtenção do título de Bacharel em
Ciência e Tecnologia.
Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Nogueira de Codes –
UFERSA.
MOSSORÓ-RN
2013
Ficha catalográfica preparada pelo setor de classificação e catalogação
da Biblioteca “Orlando Teixeira” da UFERSA R813a Rosendo Sobrinho, Francisco.
Análise do comportamento mecânico do concreto com
aditivo através do ensaio de compressão diametral: análise
experimental com o uso da técnica da correlação de imagens
/ Francisco Rosendo Sobrinho. – Mossoró, RN: 2013. 84f. : il.
Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Nogueira de Codes
Graduação (Monografia) – Universidade Federal Rural do
Semi-Árido, Graduação em Ciência e Tecnologia, 2013.
1. Concreto. 2. Aditivo. 3. Correlação de imagens. 4. Ensaio de
compressão. I. Título.
CDD: 620.1123 Bibliotecária: Marilene Santos de Araújo
CRB-5/1033
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, simplesmente por TUDO.
Aos meus pais, Dilma Rosendo e Genildo Galgano, primeiro pelo amor, carinho e apoio que
sempre me deram e segundo pela a oportunidade de estar aqui hoje. Amo muito vocês!
A minha irmã que tanto amo, Genilma Galgano, pelos exemplos de força e perseverança.
A todos meus familiares pelo amor, carinho e atenção.
A Patrícia Maria de Medeiros, pela paciência e companheirismo antes e durante esse trabalho.
Por estar sempre ao meu lado, em momentos bons e ruins, me apoiando e me aconselhando.
Te amo muito!
Agradeço aos meus dois grandes amigos, que considero irmãos, Henrique e Kennedy que
sempre me apoiaram, me deram seus conselhos e sempre estavam comigo nos momentos
certos.
Ao meu orientador Rodrigo Nogueira de Codes, pelos ensinamentos adquiridos durantes as
disciplinas de resistência dos materiais um e dois, que me ajudaram bastante para a realização
desse trabalho e pelas orientações e experiências que foram passadas no decorrer desse
trabalho.
RESUMO
O concreto resiste muito bem a compressão, sendo essa uma das principais
característica que o faz ser um dos materiais mais utilizados na construção civil em todo o
mundo. No entanto, o concreto possui uma resistência a tração baixa. Com isso, surgi a
necessidade de se estudar maneiras de melhorar a resistência a tração do concreto. Uma
dessas maneiras é a utilização de aditivos plastificantes ou superplastificantes, que reduzem a
quantidade de água no concreto, e assim aumenta sua resistência mecânica, tanto a de
compressão como a de tração. Nesse trabalho foi apresentado uma análise quantitativa das
propriedades mecânicas do concreto quando adicionado aditivo plastificante com o objetivo
de verificar alterações nessas propriedade utilizando a aplicação da inovadora técnica da
correlação de imagens. Essa técnica utiliza-se do método de extensometria óptica com o
auxílio do código de cálculo Correli 𝑄4𝐿𝑀𝑇, onde são utilizadas imagens para medir os
valores dos campos de deformação, comparando imagens do corpo a ser analisado não
deformado com imagem do corpo deformado, em instantes diferentes. Para a realização das
análises das propriedades mecânica do material, utilizou-se o ensaio brasileiro ou mais
conhecido como ensaio de tração por compressão diametral, onde corpos de prova de
concreto em formato cilíndrico foram submetidos a solicitação de carga diametral. Através
dos valores de tensão e deformação obtidos nesses ensaios utilizando corpos-de-prova de
concreto com e sem aditivos, pôde-se obter as propriedades mecânicas do concreto e fazer a
comparação dessas propriedades.
Palavras-Chave: Concreto. Aditivo. Extensometria óptica. Compressão diametral.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Barra submetida a carregamento axial .................................................................... 16
Figura 2 - Diagrama tensão-deformação convencional e real .................................................. 18
Figura 3 - Deformação lateral causada por esforço uniaxial de tensão de tração e de
compressão. .............................................................................................................................. 20
Figura 4 - Curva de Walz. ........................................................................................................ 25
Figura 5 - Módulo de deformação tangente inicial................................................................... 30
Figura 6 - Ensaio de tração por compressão diametral ............................................................. 31
Figura 7 - Interferência do friso no ensaio por compressão diametral ..................................... 32
Figura 8 - Corpo de prova texturizado...................................................................................... 36
Figura 9 - Máquina de ensaio universal ................................................................................... 39
Figura 10 - Câmera Nikon D40 ................................................................................................ 41
Figura 11 - Montagem para iniciar o ensaio. ............................................................................ 49
Figura 12 - Posicionamento do corpo de prova na máquina. ................................................... 50
Figura 13 - Esquema do posicionamento do corpo de prova na máquina ................................ 50
Figura 14 - Posicionamento dos gauges no corpo de prova com aditivo ................................. 53
Figura 15 - Posicionamento dos gauges no corpo de prova sem aditivo .................................. 53
Figura 16 - Determinação da força máxima pelo método empírico do diagrama .................... 55
Figura 17 - Curvas de força versus deslocamento dos corpos com aditivo .............................. 57
Figura 18 - Curva de tensão versus deslocamento dos corpos de prova com aditivo .............. 58
Figura 19 - Curva força versus deslocamento dos corpos de prova sem aditivo...................... 59
Figura 20 - Curva tensão versus deslocamento dos corpos de prova sem aditivo.................... 60
Figura 21 - Curvas de força versus deslocamento dos corpos de prova com e sem aditivo..... 61
Figura 22 - Curvas de tensão versus deslocamento dos corpos de prova com e sem aditivo... 62
Figura 23 - Curva de deformação versus tempo na direção 2 utilizando os 7 gauges do corpo
de prova com aditivo ................................................................................................................ 64
Figura 24 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem de referência). ........................... 65
Figura 25 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 17 – 39 segundos de ensaio). ... 66
Figura 26 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 17 – 39 segundos de ensaio) ........ 67
Figura 27 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 30 – 70 segundos de ensaio) .... 68
Figura 28 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 30 – 70 segundos de ensaio) ........ 68
Figura 29 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 33 – 78 segundos) .................... 69
Figura 30 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 33 – 78 segundos) ........................ 70
Figura 31 - Rompimento do corpo de prova 01 AD_DIC (imagem 40 – 95 segundos) .......... 71
Figura 32 - Campos de deslocamento (lado esquerdo) e de deformação (lado direito) –
(imagem 40 – 95 segundos) ...................................................................................................... 71
Figura 33 - Rompimento do material (imagem 64 – 153 segundos de ensaio) ........................ 72
Figura 34 - Deslocamento vetorial de cada ponto (imagem 64 – 153 segundos de ensaio) ..... 73
Figura 35 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 64 – 153 segundos de ensaio) .. 74
Figura 36 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 64 – 153 segundos de ensaio) ...... 74
Figura 37 - Estimativa de erro exibido no Correli Q4LMT (imagem 64 – 153 segundos de
ensaio) ....................................................................................................................................... 75
Figura 38 - Curva de deformação versus tempo na direção 2 utilizando os 7 gauges do corpo
de prova com aditivo ................................................................................................................ 76
Figura 39 - Campos de deslocamento na direção 2 – 01 SA_DIC (imagem 33 – 79 segundos
de ensaio) .................................................................................................................................. 77
Figura 40 - Campos de deformação na direção 2 - 01 SA_DIC (imagem 33 – 79 segundos) . 78
Figura 41 - Campos de deformação na direção 2 – 01 AD_DIC (imagem 35 – 85 segundos) 78
Figura 42 – Diagrama tensão-deformação do corpo de prova com aditivo (gauges 1, 2 e 6) .. 79
Figura 43 - Diagrama tensão-deformação do corpo de prova sem aditivo (gauges 1, 2 e 6) ... 80
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Tipos de Cimento Portland comum e composto .................................................... 22
Quadro 2 – Estimativa do consumo de água por metro cúbico de concreto em função do
Diâmetro Maximo Característico do Agregado e do abatimento da mistura. .......................... 26
Quadro 3 – Volume compactado seco (𝑉𝑝𝑐) de agregado graúdo por metro cúbico de concreto
.................................................................................................................................................. 27
Quadro 4 - Traço dos corpos de prova sem aditivo .................................................................. 45
Quadro 5 - Traço para o abatimento dos corpos de prova sem aditivo .................................... 46
Quadro 6 - Traço para o abatimento dos corpos de prova com aditivo - 1ª tentativa............... 47
Quadro 7 - Traço para o abatimento dos corpos de prova com aditivo - 2ª tentativa............... 47
Quadro 8 - Traço para o abatimento dos corpos de prova com aditivo - 3ª tentativa............... 48
Quadro 9 - Parâmetros para a realização da correlação de imagens no corpo de prova com
aditivo ....................................................................................................................................... 51
Quadro 10 - Parâmetros para a realização da correlação de imagens no corpo de prova com
aditivo ....................................................................................................................................... 52
Quadro 11 - Parâmetros dos ensaios......................................................................................... 56
Quadro 12 - Força máxima e tensão máxima dos corpos de prova com aditivo ...................... 59
Quadro 13 - Força máxima e tensão máxima dos corpos de prova sem aditivo ...................... 60
Quadro 14 - Média das forças e tensões máxima dos corpos de prova com e sem aditivo ...... 63
LISTA DE ABREVIATURAS
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI American Concrete Institute
CP II – F Cimento Portland Composto com adição de Fíller calcário – Tipo II
PVC Cloreto de Polivinila
RBC Rede Brasileira de Calibração
RBLE Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaios
ROI Região de interesse
UFERSA Universidade Federal Rural do Semi-Árido
ZOI Zona de interesse
LISTA DE SÍMBOLOS
∆l Alongamento
A Área da seção transversal instantânea
𝐴0 Área da seção transversal inicial
𝑆𝑇𝑟 Abatimento requerido
𝑆𝑇𝑖 Abatimento inicial
P Carga Axial
𝜈 Coeficiente de Poisson
𝑙0 Comprimento inicial
𝐶𝑎 Consumo de água
𝐶𝑐 Consumo de cimento
𝐶𝑏 Consumo de agregado graúdo
𝐶𝑚 Consumo de agregado miúdo
𝐶𝑎𝑟 Consumo de água requerido
𝐶𝑎𝑖 Consumo de água inicial
𝜖 Deformação
𝜖𝑚é𝑑 Deformação normal média
𝜖𝑙𝑎𝑡 Deformação na direção lateral ou radial
𝜖𝑙𝑜𝑛𝑔 Deformação na direção longitudinal ou axial
𝛿 Deformação real longitudinal
𝛿′ Deformação real lateral
𝑆𝑑 Desvio padrão da dosagem em função da condição de preparo do concreto de
acordo com a NBR 12655/1996
D Diâmetro do cilindro
𝐷𝑚á𝑥 Diâmetro máximo do agregado graúdo
𝜙𝑚á𝑥 Dimensão máxima característica do agregado graúdo
𝑓𝑎
𝑐 Fator água cimento
P Força aplicada por unidade de espessura do cilindro
L Comprimento do concreto
𝛾𝑎 Massa específica absoluta da água
𝛾𝑏 Massa específica absoluta do agregado graúdo (brita granítica)
𝛾𝑐 Massa específica absoluta do cimento
𝛾𝑚 Massa específica absoluta do agregado miúdo (areia)
𝛿𝑏𝑐𝑝 Massa específica unitária compactada do agregado graúdo (brita granítica)
E Módulo de elasticidade ou Módulo de Young
𝐸𝑒𝑖 Módulo de deformação tangente inicial
𝜎𝑥 Tensão de tração diametral
𝜎 Tensão normal de engenharia (seção transversal constante)
R Raio do cilindro
𝑎𝑐⁄ Relação água/cimento
𝑓𝑡,𝐷 Resistência à tração por compressão diametral
𝑓𝑐𝑘 Resistência característica do concreto à compressão
𝑓𝑐𝑗 Resistência característica do concreto à compressão, previsto para a idade de j
dias
𝑓𝑐𝑡,𝑠𝑢𝑝 Resistência característica do concreto a tração indireta por compressão
diametral
𝑓𝑐𝑡𝑚 Resistência média do concreto a tração
𝑉𝑝𝑐 Volume compacto seco
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 13
2 OBJETIVOS ....................................................................................................................... 15
2.1 OBJETIVO GERAL ......................................................................................................... 15
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................... 15
3 REVISÃO DE LITERATURA ......................................................................................... 16
3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ........................................................................................ 16
3.1.1 Tensão e deformação .................................................................................................. 16
3.1.2 Diagrama tensão x deformação ................................................................................. 17
3.1.3 Diagrama tensão x deformação convencional e real ............................................... 19
3.1.4 Lei de Hooke ................................................................................................................ 19
3.1.5 Coeficiente de Poisson ................................................................................................ 19
3.2 CONCRETO .................................................................................................................... 21
3.2.1 Aglomerante ................................................................................................................ 21
3.2.1.1 Cimento Portland.................................................................................................... 21
3.2.2 Agregado ...................................................................................................................... 22
3.2.3 Água para o concreto .................................................................................................. 23
3.2.4 Dosagem do concreto .................................................................................................. 23
3.2.5 Aditivo .......................................................................................................................... 29
3.2.6 Determinação do módulo de elasticidade do concreto ............................................ 29
3.3 ENSAIO DE TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL ....................................... 30
3.3.1 Relação entre os resultados de ensaio de tração ...................................................... 34
3.4 EXTENSOMETRIA ÓPTICA POR CORRELAÇÕES DE IMAGENS ......................... 34
4 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................. 37
4.1 MATERIAIS .................................................................................................................... 37
4.1.1 Aditivo .......................................................................................................................... 37
4.1.2 Corpos de prova .......................................................................................................... 38
4.1.2.1 Dimensões dos corpos de prova ............................................................................. 38
4.1.2.2 Cura do Concreto ................................................................................................... 39
4.1.3 Máquina de ensaio ...................................................................................................... 39
4.1.4 Câmera fotográfica ..................................................................................................... 41
4.2 MÉTODOS ....................................................................................................................... 42
4.2.1 Fabricação dos corpos de prova ................................................................................ 42
4.2.1.1 Corpos de prova sem aditivo .................................................................................. 42
4.2.1.1.1 Traço dos corpos de prova sem aditivo ................................................................. 42
4.2.1.2 Corpos de prova com aditivo ................................................................................. 46
4.2.1.2.1 Traço dos corpos de prova com aditivo................................................................. 46
4.2.2 Montagem .................................................................................................................... 48
4.2.3 Parâmetros de correlação .......................................................................................... 51
4.2.4 Virtual gauges ............................................................................................................. 52
4.2.5 Obtenção das curvas ................................................................................................... 54
4.2.6 Propriedades dos materiais ........................................................................................ 54
4.2.6.1 Força máxima ......................................................................................................... 54
4.2.6.2 Tensão máxima ...................................................................................................... 55
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................................... 56
5.1 ENSAIO DE TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (DADOS DA MÁQUINA)
.......................................................................................................................................... 56
5.1.1 Corpo de prova com aditivo ....................................................................................... 56
5.1.2 Corpos de prova sem aditivo ..................................................................................... 59
5.1.3 Comparativo entre o comportamento das curvas dos corpos de prova com e sem
aditivo ...................................................................................................................................... 61
5.2 ENSAIO DE TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (DADOS DO CORRELI
Q4LMT ) .................................................................................................................................... 63
5.2.1 Análise através dos campos de deslocamento e de deformação ............................. 64
5.2.2 Análise comparativa através das deformações e deslocamentos ............................ 75
5.2.3 Análise comparativa através dos diagramas tensão-deformação .......................... 79
6 CONCLUSÃO E SUGESTÕES ....................................................................................... 81
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 82
13
1 INTRODUÇÃO
Após a descoberta do cimento, verificou-se que a mistura desse material com água e
pedras gerava uma espécie de rocha artificial, que hoje possui o nome de concreto. Portanto, o
concreto que conhecemos hoje em dia é basicamente a mistura em certas proporções de
cimento, água e agregados (areia ou pedras de diversos tamanhos). O concreto é utilizado no
mundo inteiro, e fazendo parte do nosso cotidiano, ele é um dos materiais mais importantes da
construção civil. Ele apresenta pequeno custo quando comparado com a sua funcionalidade
principal, que é sua resistência à compressão. No entanto, a resistência à tração do concreto é
bem menor quando comparada a sua resistência à compressão.
De acordo com Adão e Hermerly (2010), o concreto por si só já possui uma ótima
resistência à compressão, e sua resistência à tração é aproximadamente 10% da resistência à
compressão. Para melhorar ainda mais a resistência do concreto pode ser utilizado os
chamados aditivos. Os aditivos são substâncias químicas que quando adicionadas ao concreto
alteram certas propriedades do mesmo. Essas propriedades podem ser de diversas formas,
dependendo da finalidade desejada. Para a finalidade de melhorar à resistência do concreto os
aditivos mais convenientes são os aditivos plastificantes ou os superplastificantes. Esses
aditivos reduzem a quantidade de água e assim proporcionam uma melhoria na resistência
mecânica do concreto. O excesso de água melhora a trabalhabilidade do concreto, porém,
quando o concreto endurece a água evapora deixando espaços vazios no concreto, gerando
assim uma menor resistência do material, por esse motivo a menor quantidade de água ao
concreto faz com que ele tenha uma melhor resistência à compressão e a tração. O concreto
possui um comportamento diferenciado, quando aumenta a resistência mecânica do concreto,
aumenta-se tanto a resistência à compressão quanto a resistência à tração, pois no concreto
existe uma proporcionalidade das características mecânicas compressão-tração.
Os ensaios para analisar a resistência à tração no concreto pode ser feito através de três
tipos de ensaios diferentes. Podem ser de tração axial, ensaio de tração por compressão
diametral ou ensaio de flexão em vigas. O ensaio de tração por compressão diametral foi
criado em 1943 pelo Professor Lobo Carneiro e é uma determinação indireta da resistência à
tração no concreto (PINHEIRO, 2007). Segundo Falcão e Soares (2002), quando se aplica
duas forças concentradas e diametralmente opostas de compressão em um cilindro, essas força
geram, ao longo do diâmetro solicitado, tensões de tração uniformes perpendiculares a este
diâmetro.
14
Para medir os deslocamentos ocasionados pelas forças aplicadas no corpo-de-prova, são
utilizados formas eletrônicas. Essas formas eletrônicas, geralmente utilizadas nos ensaios de
tração, são os extensômetros, aparelhos que medem o deslocamento entre dois pontos de
referências no corpo-de-prova. Os extensômetros se classificam de acordo com o fenômeno
do qual se baseia seus princípio de funcionamento (FRANÇA, 2011).
A extensometria que vem ganhando grande percussão diante as demais é a
extensometria óptica, onde através de fotografias juntamente com auxílio computacional, é
possível medir os deslocamentos relativos das extremidades de referências no corpo-de-prova.
Conforme França (2011, p. 43) “Correli 𝑄4𝐿𝑀𝑇é um programa computacional que mede
campos de deslocamento e deformações em materiais por correlação digital de imagem e tal
procedimento é implementado no MATLAB”. Através desse programa que é possível ter
dados de deformação a partir de dados de deslocamentos e do ensaio de tração por
compressão diametral, onde se obtêm valores de tensão, é possível plotar gráficos tensão-
deformação e através desses gráficos é obtido uma análise do comportamento mecânico de
tração do concreto.
Esse trabalho tem como justificativa buscar uma alternativa de melhorar a resistência
à tração do concreto, bem como, uma melhor maneira de verificar essa resistência à tração.
15
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Comparar os efeitos na resistência à tração do concreto quando utilizado aditivo no
mesmo e utilizar a técnica de correlação de imagens para fazer os ensaios de tração por
compressão diametral.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Utilizar a correlação de imagens para ensaio indireto de tração por compressão
diametral.
Observar as alterações na resistência à tração do concreto quando utilizado aditivo
plastificante.
Comparar os resultados obtidos nos ensaios com o concreto sem aditivo e com aditivo
plastificante.
16
3 REVISÃO DE LITERATURA
3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
3.1.1 Tensão e deformação
Ao se pensar em projetar qualquer tipo de estrutura deve-se levar em consideração os
princípios da estática para a determinação das forças que agem sobre os elementos estruturais.
Qualquer carga sobre a estrutura ou até mesmo o próprio peso da mesma faz gerar uma
resistência interna que se opõe a ação dessas forças ao longo do elemento. Muitos dos
elementos estruturais, em virtudes de uma de suas direções ser maior que as outras, são
considerados delgados e compridos, sendo assim, é possível analisar facilmente a ação interna
de cargas aplicadas externamente. Por exemplo, quando considerado uma barra onde nela é
aplicada uma carga axial (tração ou compressão), cada área na seção transversal está
submetida a uma força (Figura 1).
Figura 1 – Barra submetida a carregamento axial
Fonte: Autoria própria, 2013.
Essa força por unidade de área, que age perpendicularmente a essa área, define o que
chamamos de tensão normal. A tensão normal média em qualquer ponto na área da seção
transversal ao eixo de aplicação da carga pode ser definida pela Equação 1.
17
𝜎 =
𝑃
𝐴
(1)
Onde:
P = carga axial aplicada a barra;
A = área da seção transversal na barra.
Ao se aplicar um carga axial a um barra, onde essa carga axial pode ser tanto de
compressão como de tração, ocorrerá mudança na forma e tamanho do corpo, chamadas
assim, de deformações do corpo. Assim como uma força por unidade de área é denominada
uma tensão normal média, de acordo com Hibbeler (2010), quando há um alongamento ou
contração de um segmento de reta por unidade de comprimento, esse alongamento ou
contração é chamado de deformação normal média, que pode ser definida como mostra a
Equação 2:
𝜖𝑚é𝑑 =
𝑙 − 𝑙0
𝑙=
Δ𝑙
𝑙0
(2)
Onde:
∆𝑙 = alongamento na barra;
𝑙0 = comprimento inicial;
𝑙 = comprimento final.
3.1.2 Diagrama tensão x deformação
Segundo Hibbeler (2010), a resistência de um dado material depende da capacidade
do mesmo suportar uma carga sem deformação excessiva ou ruptura. A tensão e a deformação
são grandezas que indicam essa propriedade inerente a cada tipo de material. Elas podem ser
obtidas utilizando certos tipos de ensaios, como os ensaios de tração ou de compressão.
Nesses ensaios é obtida a relação entre a tensão normal média e a deformação normal média.
Ao se realizar ensaios de tração ou compressão, a máquina fornece um gráfico onde é
mostrado a relação da força aplicada a um corpo de prova e a deformação que o corpo sofreu
durante o ensaio, nesse gráfico no eixo das abscissas é situada a deformação e no eixo das
ordenadas é situada a tensão, esse gráfico é conhecido como diagrama tensão-deformação. O
diagrama tensão-deformação do aço, quando submetido a um ensaio de tração utilizando um
corpo de prova padronizado, pode ser visto como mostra a Figura 2.
18
Figura 2 - Diagrama tensão-deformação convencional e real
Fonte: Hibbeler, 2010.
Na Figura 2 é possível distinguir 4 regiões bem definidas, porém a boa, ou as vezes
quase inexistência dessas regiões, dependem do tipo de material a ser analisado. No caso do
aço, o diagrama tensão-deformação possui 4 regiões bem definidas. A primeira região é
chamada região elástica, pois nessa região até o limite de elasticidade, se o carregamento for
interrompido e retirado, o material voltará a sua forma inicial. É possível notar que antes do
limite de elasticidade existe outro ponto chamado limite de proporcionalidade, até esse ponto
é visível que a tensão é diretamente proporcional a deformação. A segunda região, após o
limite de elasticidade, é chamada de região de escoamento ou fase plástica, pois nessa região
ocorre uma deformação permanente desse material, mesmo que se retire a carga aplicada.
Terminada a fase plástica, começa o endurecimento por deformação ou encruamento, nesse
momento do ensaio há um endurecimento causado pela quebra dos grãos do material. Assim,
o material consegue resistir cada vezes mais a carregamento externo, exigindo uma tensão
cada vez maior para que ocorra deformação. Necessitando de uma tensão maior para que haja
a deformação, a curva começa a subir continuamente, porém torna-se mais achatada até
atingir uma tensão máxima denominada limite de resistência, 𝜎𝑟. Continuando o ensaio, é
notado uma nova região no diagrama. Essa região do diagrama é chamada de estricção, nela a
19
tensão começa a decair até chegar ao limite de ruptura, ou seja, onde o corpo de prova quebra
(HIBBELER, 2010).
3.1.3 Diagrama tensão x deformação convencional e real
Na Figura 2, após o encruamento, é mostrado duas curvas distintas. No diagrama
convencional é considerado a área constante durante todo ensaio, porém na realidade não é o
que acontece. O diagrama convencional até coincide com o real (para pequenas deformação).
No endurecimento por deformação começa a aparecer divergência. Mais precisamente na
região de estricção, o diagrama convencional mostra que a carga suporta carga decrescente,
pois consideramos a área da seção transversal constante, e assim, como na estricção a área da
seção transversal está diminuindo, cada vez mais suportará apenas cargas menores. Contudo,
no diagrama real, a área da seção transversal no interior da região de estricção diminui sempre
até a ruptura, para aquela mesma carga, ou seja, na verdade o material suporta tensão
crescente (HIBBELER, 2010).
3.1.4 Lei de Hooke
Como visto na Figura 2, a região elástica apresenta uma linearidade entre a tensão e a
deformação. Essa proporcionalidade foi descoberta por Robert Hooke, em 1676 (Hibbeler,
2010). Chamada de módulo de elasticidade ou módulo de Young (E), tal proporcionalidade
representa a inclinação da reta no gráfico tensão deformação. O módulo de elasticidade pode
ser expresso pela Equação a seguir:
𝜎 = 𝐸 × 𝜖 (3)
Esse módulo de elasticidade é uma propriedade mecânica do material onde indica a
rigidez de um dado material.
3.1.5 Coeficiente de Poisson
Quando uma tira de borracha é estirada, é possível notar que sua espessura e largura
diminuem. Já quando comprimida, sua espessura e largura se expandem. Para Hibbeler
(2010), quando uma carga P é aplicada à uma barra, seja ela de compressão ou tração, como
20
mostrado na Figura 3, é provocada uma mudança 𝛿(delta) no comprimento e uma mudança 𝛿′
no raio da barra. As deformações na direção longitudinal ou axial e na direção lateral ou radial
na barra são dadas, respectivamente, pelas Expressões 4 e 5:
∈𝑙𝑜𝑛𝑔 =
𝛿
𝐿
(4)
∈𝑙𝑎𝑡=
δ′
r
(5)
Figura 3 - Deformação lateral causada por esforço uniaxial de tensão de tração e de
compressão.
Fonte: Hibbeler, 2010.
No início do século XIX, o cientista francês S. D. Poisson percebeu que quando um
material submetido a uma tensão axial, onde esse material se encontra na região elástica,
ocorria uma certa proporcionalidade entre as deformações lateral e a deforma longitudinal, ou
seja, a razão entre as deformações era uma constante (HIBBELER, 2010). Essa constante
passou a ser chamada coeficiente de Poisson representada pela letra grega 𝜈 (nu) e pode ser
expresso pela Equação 6:
𝜈 = −𝜖𝑙𝑎𝑡
𝜖𝑙𝑜𝑛𝑔 (6)
Onde:
𝜖𝑙𝑜𝑛𝑔 = deformação na direção longitudinal ou axial;
𝜖𝑙𝑎𝑡 = deformação na direção lateral ou radial;
21
Assim, para um dado material, pode ser calculado o coeficiente de Poisson que é
único para cada material. Na equação 6, o sinal negativo é devido quando o material se alonga
(deformação positiva) é provocada uma contração lateral (deformação negativa) e virse-versa.
3.2 CONCRETO
O concreto é considerado a mistura simples de cimento, areia, pedra e água, onde o
cimento é o aglomerante, já que possui a propriedade de ser ligante, pois permite que a areia e
pedra, que são os agregados, formem uma mistura homogênea, e que quando seca se torna
sólida (ADÃO; HERMERLEY, 2010). Portanto, o concreto é composto por três elementos
principais, aglomerantes, agregados e água.
3.2.1 Aglomerante
Aglomerante é um componente ativo do concreto, em geral pulverulentos, que tem
como função unir os grãos dos agregados.
Os aglomerantes podem ser classificados em três principais grupos, aéreos, os quais
endurecem por reação química com o gás carbônico os hidráulicos que endurem por ação da
água e os poliméricos que reagem através da polimerização de uma matriz (SENA, 2013).
No caso da fabricação do concreto, é utilizado um aglomerante hidráulico, que é o
Cimento Portland.
3.2.1.1 Cimento Portland
Cimento é uma aglomerante que endurece sob ação de água, sendo, portanto,
considerado um aglomerante hidráulico. No entanto, depois de endurecido, mesmo sob a ação
da água não se decompõe. Segundo Bauer (2011), o Cimento Portland é obtido pela
pulverização de clínquer constituído essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio,
contento também uma certa proporção de sulfato de cálcio natural e adições de certas
substâncias que pode modificar suas propriedades ou facilitam seu emprego. O clínquer é um
produto de natureza granulosa obtido a partir da calcinação (levado ao forno) de uma mistura
de calcário, argila e minério de ferro.
22
Resumidamente o Cimento Portland é composto por clínquer e gesso. É inserido
adições, no momento da mistura do gesso ao clínquer (moagem do clínquer), quando se
deseja obter características especiais.
As diferentes adições e diferentes proporções das mesmas na moagem do clínquer, são
produzidos diferentes tipos de Cimento Portland, onde se diferencia as propriedades químicas,
físicas e mecânicas do cimento.
Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2002), o mercado
nacional disponibiliza 8 opções de Cimento Portland, que atem com igual desempenho aos
mais variados tipos de obras (Quadro 1).
Quadro 1 - Tipos de Cimento Portland comum e composto
Cimento Tipo Clínquer +
Gesso (%)
Escória
Siderúrgica
(%)
Material
Pozolânica
(%)
Calcário
(%)
Norma
Brasileira
CP I Comum 100 - - - NBR 5732
CP I - S Comum 99-95 1-5 1-5 1-5
CP II – E Composto 94-56 6-34 - 0-10 NBR
11578 CP II – Z Composto 94-76 - 6-14 0-10
CP II – F Composto 94-90 - - 6-10
CP III Alto-forno 65-25 35-70 - 0-5 NBR 5735
CP IV Pozolânico 85-45 - 15-50 0-5 NBR 5736
CP V -
ARI
Alta
Resistência
inicial
95-100 - - 0-5 NBR 5733
Fonte: Boletim técnico da ABCP, 2002.
3.2.2 Agregado
Agregado é definido como um material particulado, incoesivo, de atividade química
praticamente nula, constituído de misturas de partículas cobrindo extensa gama de tamanhos.
O termo “agregado” é usado genericamente na tecnologia do concreto, pois em outros ramos
da construção é conhecido, conforme cada caso, pelo nome específico: fíler, pedra britada,
bica-corrida, rachão etc (BAUER, 2011). Os agregados são utilizados com duas finalidades
23
principais, a de resistir a esforços solicitantes e desgastes e a de reduzir o consumo do
aglomerante, que possui um valor aquisitivo bem maior que o dos agregados.
Podem ser classificados basicamente quanto à origem, segundo as dimensões das
partículas e segundo o peso específico aparente. Quanto a sua origem podem ser divididos em
naturais, que já se encontram em forma particular na natureza como areia e cascalho, e em
industrializados quando precisam passar por algum tipo de processo industrial, como a brita
(BAUER, 2011).
De acordo com a NBR 7211 – Agregados para concreto, os agregados podem ser
divididos em graúdos e miúdo, os agregados graúdos, são aqueles em que possuem
granulometria entre 4,75 e 75 mm. Já os agregado miúdos é definido pela NBR NM 52
(ABNT, 2003) como sendo o agregado em que a porção do mesmo passa na perneira de
abertura 4,75 mm e fica retido na peneira de abertura 0,075 mm.
Conforme o peso específico aparente do material que constitui as partículas, os
agregados são classificados em leves, médios e pesados (BAUER, 2011). Onde os leves
possuem massa específica menor que 1000 kg/m³, os médio possuem massa específica entre
1000 e 2000 kg/m³ e os pesados possuem sua massa específica maiores que 2000 kg/m³.
3.2.3 Água para o concreto
Um requisito muito importante para a água que vai ser adicionado ao concreto é que
ela seja isenta de impurezas, pois as impurezas podem prejudicar as reações dos componentes
integrantes do concreto, já que a água está diretamente relacionada a reação que ocorre com o
concreto para que haja o endurecimento (BAUER, 2011).
3.2.4 Dosagem do concreto
Para Chagas (2011), a dosagem é uma seleção e mistura de componentes do concreto
que tem a finalidade de obtenção de propriedade previamente estabelecidas, onde a resistência
do concreto torna-se um fator dependente da relação água cimento (a/c), da proporção de
materiais secos e do consumo de cimento por metro cúbico.
Inúmeros são os métodos para a realização da dosagem do concreto e uma das
variáveis principais para se realizar certo tipo de dosagem é a consistência desejada para o
concreto. Um dos principais métodos utilizado no Brasil é o método da ABCP. Assunção
(2002, apud RODRIGUES, 1998), “recomenda o uso dessa metodologia para concretos semi-
24
plásticos à fluído”. Ainda segundo Assunção (2002), esse método é uma modificação do
método americano proposto pela ACI (American Concrete Institute) para se realizar o traço
em função dos agregados utilizados no Brasil proposto pela NBR 7211/83 – Agregados para
Concreto, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). A realização desse tipo de
dosagem é exigido o conhecimento das propriedades do material como, o tipo de cimento,
massa específica e resistência aos 28 dias do cimento. Também deve-se conhecer as
propriedades dos agregados a serem utilizados.
Tendo a resistência aos 28 dias do concreto e as características do material adotado,
Assunção (2002, apud RODRIGUES, 1998) mostra que os passos para efetuar esse método de
dosagem para o concreto pode ser dividida da seguinte maneira:
1) Fixação do fator água/cimento (𝑓𝑎
𝑐) ou relação água/cimento (𝑎
𝑐⁄ ):
Para Assunção (2002, apud RODRIGUES, 1998), é feita a fixação desse parâmetro
tomando como referência os critérios de durabilidade e a resistência mecânica requerida pelo
concreto nas idades de interesse. Além disso, recomenda-se os valores da relação
água/cimento propostos pela norma NBR 6118/2003 ou mesmo os valores propostos pelo
American Concrete Institue (ACI) onde cada um disponibiliza de uma tabela. No entanto,
uma maneira de encontra a resistência mecânica é utilizando a NBR 12655 (ABNT, 1996),
onde no item 6.4.1 mostra como encontrar a resistência ao 28 dias do concreto através da
Equação 7.
𝑓𝑐𝑗 = 𝑓𝑐𝑘 + 1,65𝑥𝑆𝑑
(7)
Onde:
𝑓𝑐𝑗 = é a resistência média do concreto à compressão, prevista para a idade de j dias,
em megapascals;
𝑓𝑐𝑘 = é a resistência característica do concreto à compressão, em megapascals;
𝑆𝑑 = é o desvio-padrão da dosagem, em megapascals.
Segundo a NBR 12655 (ABNT, 1996), o valor de 𝑆𝑑 é adotado de acordo com a
condição de preparo, onde se tem as condições A, B e C. Na condição A os materiais cimento
25
e agregados são medidos em massa, a água de amassamento é medida em massa ou volume
com dispositivo dosador e corrigida em função da umidade dos agregados, se admite o 𝑆𝑑
igual a 4 MPa. Na condição B o cimento é medido em massa, a água de amassamento é
medida em volume mediante dispositivo dosador e os agregados medidos em massa
combinada com volume, o 𝑆𝑑 é igual a 5,5 MPa. Na C o cimento é medido em massa, os
agregados são medidos em volume, a água de amassamento é medida em volume e a sua
quantidade é corrigida em função da estimativa da umidade dos agregados e da determinação
da consistência do concreto e é admitido 𝑆𝑑 igual a 7 MPa.
O valor da relação água/cimento é estimado com base na curva de Abrams, que é
determinada em função do tipo de cimento e da resistência a compressão aos 28 dias. No
Entanto, quando não se tem disponível a curva de Abrams se faz a estimativa da relação
água/comento pela curva de Walz (Figura 4). Assim, tendo um cimento que possui uma
resistência normal aos 28 dias de 32 MPa, utilizando a Equação 7, encontrasse a resistência
média à compressão do concreto. Ligando os pontos da curva de 32 com a resistência média
adquirida (𝑓𝑐𝑗), é possível encontra o fator água/cimento no eixo horizontal na Figura 4.
Figura 4 - Curva de Walz.
Fonte: Assunção, 2002 apud Rodrigues, 1998.
26
2) Consumo de Água (𝐶𝑎):
O consumo de água pode ser adquirido em função do abatimento de tronco de cone e
do diâmetro máximo do agregado graúdo a ser utilizado no concreto (Quadro 2).
Quadro 2 – Estimativa do consumo de água por metro cúbico de concreto em função do
Diâmetro Maximo Característico do Agregado e do abatimento da mistura.
ABATIMENTO
DO TRONCO
DE CONE
DIMENSÃO MÁXIMA CARACTERÍSTICA DO AGREGADO
GRAÚDO (𝜙𝑚á𝑥)
9,5 mm 19 mm 25 mm 32 mm 38 mm
40 a 60 mm 220 l/m³ 195 l/m³ 190 l/m³ 185 l/m³ 180 l/m³
60 a 80 mm 225 l/m³ 200 l/m³ 195 l/m³ 190 l/m³ 185 l/m³
80 a 100 mm 230 l/m³ 205 l/m³ 200 l/m³ 200 l/m³ 190 l/m³
Fonte: Assunção, 2002 apud Rodrigues, 1998.
Uma maneira experimental de se obter o consumo de água a ser utilizado, quando o
abatimento for maior do que 100 m, por exemplo, é através da Equação 8:
𝐶𝑎𝑟 = 𝐶𝑎𝑖𝑥 (
𝑆𝑇𝑟
𝑆𝑇𝑖)
0,1
(8)
Onde:
𝐶𝑎𝑟 = consumo de água requerido;
𝐶𝑎𝑖 = consumo de água inicial;
𝑆𝑇𝑟 = abatimento requerido;
𝑆𝑇𝑖 = abatimento inicial.
3) Consumo de cimento (𝐶𝑐):
Após se estimar o consumo de água e tendo o fator água/cimento fixado, o consumo
de cimento pode ser calculado utilizando a Equação 9:
𝐶𝑐 =
𝐶𝑎
𝑓𝑎
𝑐
(9)
27
Onde:
𝐶𝑐 = consumo de cimento por metro cúbico de concreto (kg/m³);
𝐶𝑎 = consumo de água por metro cúbico de concreto (l/m³);
𝑓𝑎
𝑐 = fator água/cimento (kg/kg).
4) Consumo de agregado graúdo (𝐶𝑏):
Segundo Assunção (2002), a ABCP determinou experimentalmente os valores
compactados a seco de agregado graúdo, por metro cúbico de concreto, em função do
Diâmetro Máximo característico do agregado graúdo e do Módulo de finura do agregado
miúdo (Quadro 3).
Quadro 3 – Volume compactado seco (𝑉𝑝𝑐) de agregado graúdo por metro cúbico de concreto
MÓDULO
DE FINURA
DA AREIA
DIMENSÃO MÁXIMA CARACTERÍSTICA DO AGREGADO GRAÚDO
(𝜙𝑚á𝑥)
9,5 mm 19 mm 25 mm 32 mm 38 mm
1,8 0,645 0,770 0,795 0,820 0,845
2,0 0,625 0,750 0,775 0,800 0,825
2,2 0,605 0,730 0,755 0,780 0,805
2,4 0,585 0,710 0,735 0,760 0,785
2,6 0,565 0,690 0,715 0,740 0,765
2,8 0,545 0,670 0,695 0,720 0,745
3,0 0,525 0,650 0,675 0,700 0,725
3,2 0,505 0,630 0,655 0,680 0,705
3,4 0,485 0,610 0,635 0,660 0,685
3,6 0,465 0,590 0,615 0,640 0,665
Fonte: Assunção, 2002 apud Rodrigues, 1998.
Através da Equação 10 é possível estimar o consumo de agregado graúdo por metro
cúbico de concreto.
𝐶𝑏 = 𝑉𝑝𝑐𝑥𝛿𝑏
(10)
28
Onde:
𝐶𝑏 = consumo do agregado graúdo por metro cúbico de concreto (kg/m³);
𝑉𝑝𝑐 = volume compactado seco do agregado graúdo por m³ de concreto;
𝛿𝑏𝑐𝑝 = massa unitária compactada do agregado graúdo por m³ de concreto (kg/m³).
5) Consumo de agregado miúdo (𝐶𝑚);
Se estima o consumo de agregado miúdo a partir do consumo de cimento, consumo do
agregado graúdo e consumo de água como. Isso parte do princípio de que o volume de
concreto é formado pela soma dos volumes absolutos dos materiais que o constituem. O
volume de agregado miúdo para cada metro cúbico de concreto é dado pela Equação 11:
𝑉𝑚 = 1 − (
𝐶𝑐
𝛾𝑐+
𝐶𝑏
𝛾𝑏+
𝐶𝑎
𝛾𝑎)
(11)
Onde:
𝑉𝑚 = volume do agregado miúdo por metro cúbico de concreto (m³);
𝛾𝑐, 𝛾𝑏, 𝛾𝑎 = massa específica absoluta do cimento, agregado graúdo e da água,
respectivamente.
O consumo de areia por metro cúbico de concreto é obtido utilizando-se a Equação 12:
𝐶𝑚 = 𝑉𝑚𝑥𝛾𝑚
(12)
Onde:
𝐶𝑚 = consumo do agregado miúdo (areia) por metro cúbico de concreto (kg/m³);
𝛾𝑚 = massa específica absoluta do agregado miúdo (kg/m³).
6) Apresentação do traço de concreto:
Por fim, o traço do concreto com relação ao unitário do cimento, é dado pela
Expressão 13:
29
1,0:
𝐶𝑚
𝐶𝑐:𝐶𝑏
𝐶𝑐: 𝑎 𝑐⁄
(13)
3.2.5 Aditivo
Segundo Adão e Hemerley (2010), os aditivos para o concreto são substâncias
produzidas industrialmente, especialmente líquidas, viscosas ou em “pó”, onde são diluídas na
água de amassamento do concreto, em fase de preparo, para diversos objetivos. Esses
objetivos são para poder melhorar as características do concreto, como por exemplo, na
proteção contra agentes agressivos ao concreto, aumento de resistência mecânica, melhorar a
facilidade de execução da estrutura, correção de deficiências, economia de material,
aceleração ou retardamento de pega, aumento de impermeabilidade, redução de prazo de
desforma entre outros objetivos.
Os aditivos plastificantes ou superplastificantes possuem esse nome pelo fato de
mesmo ao reduzir a água de amassamento do concreto, que é o elemento que dá
trabalhabilidade ou plasticidade na massa fresca, ele consegue manter essa plasticidade ao
material fresco.
Uma das propriedades causadas pela adição não apenas de um, mas por uma série de
aditivos, que, talvez, é a propriedade que mais atrai os calculistas, é a resistência mecânica do
concreto. E para se obter um concreto com melhor resistência e mais durável, independente
do aditivo, deseja-se que o concreto tenha seus ingredientes naturais, com boa dosagem e
baixo fator água-cimento, 𝑓𝑎
𝑐≤ 0,50, para 𝑓𝑎
𝑐> 0,70, o concreto se transforma em uma
esponja (ADÃO; HEMERLEY, 2010).
3.2.6 Determinação do módulo de elasticidade do concreto
Foi visto anteriormente que de acordo com Hibbeler (2010) a lei de Hooke é a
proporcionalidade da tensão em relação a deformação, onde essa proporcionalidade é uma
constante chamada de Modulo de Elasticidade. Para Pinheiro (2007), a expressão do Módulo
de Elasticidade é aplicado apenas na parte retilínea da curva tensão versus deformação, e
quando não houver essa proporcionalidade, é obtido o Módulo de Deformação Tangente
Inicial, 𝐸𝑐𝑖 como mostra a Figura 5.
30
Figura 5 - Módulo de deformação tangente inicial.
Fonte: Pinheiro, 2007.
De acordo com Pinheiro (2007), o módulo de deformação tangente inicial pode ser
obtido através do ensaio determinado pela NBR 8522 (2008) – Concreto – Determinação do
módulo de deformação estática e diagrama tensão-deformação. Em alguns casos não é
possível encontrar o módulo de deformação tangente inicial. No entanto, é possível estimar
esse valor utilizando a resistência característica do concreto a compressão (𝑓𝑐𝑘) como mostra
a Equação 14.
𝐸𝑐𝑖 = 5600 𝑓𝑐𝑘1/2
(14)
Onde:
𝐸𝑐𝑖 = módulo de deformação tangente inicial;
𝑓𝑐𝑘 = resistência característica do concreto a compressão.
3.3 ENSAIO DE TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL
Durante a segunda Guerra Mundial, em 1943, o professor Fernando Luiz Lobo
Carneiro idealizou uma maneira para se analisar a resistência a tração do concreto. Por ele foi
criado o ensaio de tração por compressão diametral, que é um ensaio para analisar a tração no
concreto indiretamente. Por ter sido criado por um brasileiro, esse ensaio ficou conhecido
mundialmente por “ensaio brasileiro”, e é um dos ensaios mais utilizados para essa finalidade
31
por ser de fácil execução, pois é utilizado o mesmo corpo de prova do ensaio de compressão
(PINHEIRO, 2007).
A realização desse ensaio consiste em colocar o corpo de prova cilíndrico deitado
entre os pratos da máquina de ensaio, como mostrado na Figura 6, e submeter o corpo de
prova a uma carga diametralmente. Pode-se colocar ou não tiras de chapa dura de fibra de
madeira (conhecidas como friso) para a realização do ensaio, as tiras são especificadas pela
NBR 10024 (ABNT, 1989).
Figura 6 - Ensaio de tração por compressão diametral
Fonte: NBR 7222, 1994.
Segundo Falcão e Soares (2002), é fácil notar que a utilização do friso interfere nos
dados obtidos de tal maneira a diminuir o resultado das tensões de tração e nas deformações
horizontais como mostra a Figura 7.
32
Figura 7 - Interferência do friso no ensaio por compressão diametral. (a) Tensão de tração
uniforme devido a carga concentrada; (b) Tensões de tração não-uniformes devido a
influência do friso; (c) Deformações horizontais devido a carga concentrada; (d) Deformações
horizontais devido a influência do friso.
Fonte: Falcão e Soares, 2002.
A norma NBR 7222 (ABNT, 1994) mostra que a resistência à tração por compressão
diametral pode ser calculada pela seguinte Expressão:
𝑓𝑡,𝐷 =
2𝑃
𝜋𝐿𝐷=
𝑃
𝜋𝐿𝑅
(15)
Onde:
𝑓𝑡,𝐷 = resistência à tração por compressão diametral, expressa em MPa, com
aproximação de 0,05 MPa;
P = carga máxima obtida no ensaio (kN);
D = diâmetro do corpo-de-prova;
L = altura do corpo-de-prova;
Essa resistência à tração por compressão diametral, dada em MPa, é justamente a
tensão de tração diametral 𝜎𝑥 , que age perpendicularmente ao diâmetro do corpo de prova e é
utilizada para se obter o diagrama tensão-deformação.
Quando o corpo-de-prova é submetido a compressão diametral ele sofre tensões
multiaxiais. Para Hibbeler (2010), no ponto em que o corpo está sujeito a um estado tri axial,
com tensões 𝜎𝑥 , 𝜎𝑦, 𝜎𝑧 , surgi deformações associadas 𝜖𝑥, 𝜖𝑦, 𝜖𝑧 , que podem ser relacionadas
pela lei de Hooke, coeficiente de Poisson e o princípio da superposição. Por exemplo, para a
33
direção x, quando 𝜎𝑥 é aplicada, o elemento alonga-se na direção x e a deformação 𝜖𝑥′ nessa
direção é dada pela Equação 16:
𝜖𝑥′ =
𝜎𝑥
𝐸
(16)
Para aplicação de 𝜎𝑦 a deformação na direção x é exibida através da Equação 17:
𝜖𝑥′′ = −𝜈
𝜎𝑦
𝐸
(17)
E a tensão 𝜎𝑧 provoca uma contração na direção x (Equação 18).
𝜖𝑥′′′ = −𝜈
𝜎𝑧
𝐸
(18)
Pelo princípio da superposição, a deformação normal 𝜖𝑥 pode ser escrita como mostra
a Equação 19. É possível o desenvolvimento para as deformações normais das direções y e z
(Equações 20 e 21, respectivamente).
𝜖𝑥 =
1
𝐸[𝜎𝑥 − 𝜈(𝜎𝑦 + 𝜎𝑧)]
(19)
𝜖𝑦 =
1
𝐸[𝜎𝑦 − 𝜈(𝜎𝑥 + 𝜎𝑧)]
(20)
𝜖𝑧 =
1
𝐸[𝜎𝑧 − 𝜈(𝜎𝑥 + 𝜎𝑦)]
(21)
Porém, para uma análise de ensaio laboratorial é conveniente tratar apenas do estado
plano de tensão-deformação, ou seja, é considerado apenas as direções em um plano x e y.
Assim a deformação, pode ser calculada pela Equação 22.
34
𝜖𝑥 =
1
𝐸(𝜎𝑥 − 𝜈𝜎𝑦)
(22)
Onde :
𝐸 = Módulo de Elasticidade do material
𝜈 = Coeficiente de Poisson;
3.3.1 Relação entre os resultados de ensaio de tração
A resistência à tração obtida através do ensaio de compressão diametral (tração indireta)
é diferente da resistência obtida através de tração direta. Por esse motivo, é preciso estimar
um coeficiente de conversão, pois na falta de ensaios, se ter a possibilidade de estimar a
resistência à tração por compressão diametral através de ensaios de compressão (PINHEIRO,
2007). Portanto, segundo Pinheiro (2007), para se chegar na resistência a tração do concreto a
tração por compressão diametral primeiro se estima a resistência média do concreto à tração
pela Equação 23 e através desse resultado se estima a resistência do concreto à tração por
compressão diametral utilizando a Equação 24.
𝑓𝑐𝑡𝑚 = 0,3 ∗ 𝑓𝑐𝑘
23⁄
(23)
𝑓𝑐𝑡,𝑠𝑢𝑝 = 1,3 ∗ 𝑓𝑐𝑡𝑚 (24)
Onde:
𝑓𝑐𝑡𝑚 = resistência média do concreto à tração, em MPa;
𝑓𝑐𝑘= resistência característica do concreto à compressão, em MPa;
𝑓𝑐𝑡𝑘,𝑠𝑢𝑝 = resistência do concreto a tração por compressão diametral, em MPa.
3.4 EXTENSOMETRIA ÓPTICA POR CORRELAÇÕES DE IMAGENS
Para analisar estruturas quando submetidas a esforços externos, é requerido o
conhecimento das tensões, deformações e deslocamentos ocasionados por esses esforços
(AFFONSO, 2011). Para a análise dos deslocamentos, é preciso de artifícios com alta
precisão de medição, já que em alguns casos, como na maioria das estruturas da construção
35
civil, o deslocamento das mesmas são quase que imperceptíveis a olho nu quando submetidas
a esforços externos. Um dos elementos mais conhecidos para se determinar os deslocamentos
de corpo de prova, quando submetidos a carregamentos, são os extensômetros. Através deles,
com a análise de deslocamentos é possível se obter a deformação média. Segundo França
(2011), os extensômetros podem ser classificados em mecânicos, ópticos, elétricos de
indução, elétricos de resistência, acústico ou de cordas vibrantes e de semi-condutores. Essa
classificação depende do princípio de funcionamento do extensômetro.
A extensometria óptica tem destaque entre os mais diversos extensômetros, pois a
extensiometria óptica, pelo método de correlação de imagens, transmite alta precisão e
confiabilidade dos resultados em todas as direções do plano estudado (SENA, 2013).
Para obtenção dos dados nesse método de extensiometria óptica, é utilizado o
programa computacional Correli 𝑄4𝐿𝑀𝑇 que mede deslocamentos e deformações em materiais
por correlação digital de imagem, onde esse programa é implementado no software
MATLAB. Na correlação de imagens é utilizada várias fotografias por segundo durante todo
o ensaio. Para isso, é necessário uma câmera de alta definição. Além disso, para que seja
efetuada a correlação e os cálculos de deslocamentos corretamente no programa, o corpo de
prova deve ser texturizado homogeneamente (Figura 8) com níveis de cinza (FRANÇA,
2011).
A correlação de imagem do Correli 𝑄4𝐿𝑀𝑇consiste em comparar uma imagem de
referência do material sem deformação e outras diversas imagens durante o ensaio, quando o
corpo está sofrendo deformação. Porém, todas as imagens tiradas durante o ensaio devem ser
comparadas a imagem de referência. Para se efetuar os cálculos da deformação ocorrida
durante o ensaio, é feita a escolha de uma área quadrada que deve ser analisada, chamada de
região de interesse (ROI), em pequenas regiões dessa área é gerado diretrizes chamadas de
zonas de interesse (ZOI). Com isso, o programa reconhece cada zona escolhida e baseia-se na
escala de cinza para diferencia-las. Então, a partir dessa diferença e da distorção sofrida entre
a zona de referência e a do material já deformado, se obtém o cálculo dos campos de
deslocamento em pixels (SENA, 2013).
36
Figura 8 - Corpo de prova texturizado
Fonte: Autoria própria, 2013.
37
4 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 MATERIAIS
4.1.1 Aditivo
O aditivo utilizado para a realização desse trabalho foi o aditivo plastificante – redutor
de água para concreto – onde no manual dele consta as seguintes notações:
Características do material:
Líquido marron escuro, isento de cloreto;
Densidade: 1,22 g/cm³;
Composição básica: lignosulfatos;
Validade: 6 meses;
Consumo:
De 0,2 a 0,3 % sobre a massa de cimento; ou
0,17 a 0,25 l de aditivo para cada 100 kg de cimento;
Mediante a realizações de ensaios, pode-se utilizar dosagens maiores;
Campo de Aplicação:
Concreto com altas resistências;
Concreto bombeados;
Concreto aparentes;
Modo de Usar:
Preparo:
Adicionar o aditivo à água de amassamento do concreto;
Aplicação:
Pode-se reduzir a quantidade de água em relação ao concreto padrão,
verificando-se antes a trabalhabilidade desejada;
Embora possa apresentar consistência mais incorporada ao sair da
betoneira, o concreto aditivado com esse aditivo é facilmente adensável, o
que evita a ocorrência de segregação e bicheiras;
Armazenamento:
Estocar o produto em local coberto, fresco, seco e ventilado, fora do alcance de
crianças e animais e longe de fontes de calor;
38
Atenção:
Aconselha-se sempre a realização de ensaios preliminares, nas mesmas
condições da obra, para determinar a dosagem ideal do produto e a sua
compatibilidade com o cimento a ser usado;
Nota: A temperatura ideal do concreto para uso no estado fresco é na faixa de
15 a 27º C, onde se obtém a melhor eficiência da característica do aditivo. Nas
demais temperaturas poderá surgir problemas reológicos no concreto e
ineficiência no desempenho do aditivo;
Embalagens:
Balde de 20 kg;
Tambor de 230 kg;
Equipamentos de Proteção:
Óculos de Segurança;
Avental de PVC:
Luvas de borracha.
4.1.2 Corpos de prova
Nesse trabalho é utilizado dois tipos de corpos de prova, com e sem aditivo, fabricados
de acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2003).
4.1.2.1 Dimensões dos corpos de prova
De acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2003), as dimensões para a realização dos
ensaios em corpos de prova cilíndricos tem como referência seus diâmetros, que variam de
100 mm à 450 mm. Para o ensaio de compressão diametral, segundo a NBR 7222 (ABNT,
1994), a relação comprimento/diâmetro pode ser 1 ou 2. Por motivos de adaptação com as
condições disponíveis, como por exemplo, a máquina de ensaios que tem seu limite de carga
até 100 KN, os corpos de prova foram feitos nas menores dimensões exigidas pela norma, que
são corpos de prova com diâmetro 100 mm e comprimento 200 mm, cujo volume é 0,00157
m³.
39
4.1.2.2 Cura do Concreto
A cura do concreto é feita colocando-se os corpos de prova, após 24 horas de sua
moldagem, submersos em água. De acordo com a NBR 5739 (ABNT, 2007), a cura para
ensaio pode ser de vinte e quatro horas, três, sete, vinte e oito, sessenta e três ou noventa e um
dias. No entanto, o recomendável é que verifique a resistência aos 28 dias, pois aos 28 dias o
concreto já atingiu quase que 95% da sua resistência e os incrementos desta são muito lentos a
partir de 28 dias. Essa cura tem o objetivo de manter o cimento saturado para evitar a
evaporação da água, no intuito de continuar a hidratação do cimento até que se chegue a uma
resistência característica alta.
4.1.3 Máquina de ensaio
Os ensaios foram realizados no Laboratório de Engenharia Mecânica da UFERSA,
onde para a realização dos ensaios utilizou-se uma máquina da marca EMIC, modelo
DL10000, que pode ser vista na Figura 9.
Figura 9 - Máquina de ensaio universal
Fonte: SENA, 2013.
40
As característica da máquina DL10000, segundo o manual de instruções, estão citadas
a seguir:
Capacidade: 10.000 kgf (100 kN);
Tipo: bifuso de bancada, com duas colunas guias cilíndricas paralelas;
Acionamento: fusos de esferas recirculantes;
Faixa de velocidades: 0,01 a 500 mm/min;
Medição de força: Através de células de carga intercambiáveis;
Classe de medição de força: classe 1 segundo a norma NM ISO7500-1 (Classe 0,5
sob consulta), fornecida com certificado de calibração RBC (Rede Brasileira de
Calibração);
Compatibilidade eletromagnética: máquina de linha certificada segundo Norma
IEC 61000 contra interferência eletromagnética por membro da RBLE (Rede
Brasileira de Laboratórios de Ensaios);
Medição do deslocamento: sensor óptico (encoder), com resolução de 0,01 mm;
Indicação de força e deslocamento: através de programa computacional (janela
tipo display para acompanhamento dos valores em tempo real);
Extensometria: dois canais;
Saída de dados: digital através de porta serial RS232;
Análise de dados e controle de ensaio: através de programa computacional;
Console (teclado ou joystick): com funções básicas de movimentação para ajustes
de acessórios;
Curso útil: 1200 mm;
Distância entre colunas: 400 mm;
Altura: 1920 mm;
Largura: 920 mm;
Profundidade: 500 mm;
Peso aproximado: 420 kgf;
Alimentação: 220 V AC 50/60 Hz;
Consumo máximo: 704 VA.
41
4.1.4 Câmera fotográfica
Há diversas máquinas de alta definição que podem ser utilizadas nesse método de
extensometria óptica, dentre elas, a máquina utilizada para esses ensaios foi a câmera Nikon
D40 (Figura 10).
Figura 10 - Câmera Nikon D40
Fonte: Disponível em: http://www.dpreview.com/reviews/NikonD40/Images/frontview.jpg, Acesso em 03
agosto de 2013.
Essa câmera possui as seguintes características:
Tipo: Câmera digital reflex de objetiva simples com objetivas interpermutáveis.
Píxeis efetivos: 6,1 milhões.
Tamanho de imagem: 3.008×2.000 (Grande); 2.256×1.496 (Médio); 1.504×1.000
(Pequeno).
Servo da objetiva: Focagem automática (AF): AF de servo simples instantâneo (AF-
S); AF de servo contínuo (AF-C); seleção automática de AF-S/AF-C (AF-A);
seguimento da focagem previsível ativado automaticamente em função do estado do
motivo; Focagem manual (M).
Espelho reflex: Retorno rápido.
Seleção da área de focagem: A área de focagem pode ser selecionada entre 3 áreas de
focagem.
42
Ampliação: Aproximadamente 0,8× (objetiva de 50 mm em infinito; –1,0m-1).
Cobertura da imagem: Aproximadamente 95% da objetiva (vertical e horizontal).
4.2 MÉTODOS
4.2.1 Fabricação dos corpos de prova
4.2.1.1 Corpos de prova sem aditivo
Na produção dos corpos de prova sem aditivo foi utilizado um traço de concreto para
um 𝑓𝑐𝑘 de 25 MPa contendo a mistura de cimento Portland Composto (CP II - F) com 32 MPa
de resistência aos 28 dias; agregado miúdo com granulometria entre 0,075 a 4,75 mm e
agregado graúdo brita – com granulometria entre 4,75 mm e 19 mm. No entanto, teve uma
modificação no fator água/cimento, afim de melhorar a trabalhabilidade do concreto.
4.2.1.1.1 Traço dos corpos de prova sem aditivo
O traço foi feito baseado no método da ABCP como segue:
Características dos materiais:
- Cimento:
CP II – F
𝛾𝑐 = 3100 kg/m³
- Agregado miúdo:
Módulo de finura = 2,8
𝛾𝑚 = 2600 kg/m³
- Agregado graúdo (brita granítica):
𝐷𝑚á𝑥 = 19 mm
𝛾𝑏 = 2700 kg/m³
𝛿𝑏𝑐𝑝 = 1500 kg/m³
43
- Concreto:
𝑓𝑐𝑘(Projeto) = 25 MPa
Brita granítica
Condições de preparo – A (𝑆𝑑 = 4 MPa de desvio padrão - materiais medidos em
peso)
Abatimento inicial = 110 ± 10 mm
- Memorial de cálculos para o traço:
1) Resistência aos 28 dias:
Para uma resistência requerida de 25 MPa e utilizando a condição A, através da
Equação 7 é calculada a resistência à compressão do concreto requerida aos 28 dias
em MPa.
𝑓𝑐𝑗 = 𝑓𝑐𝑘 + 1,65𝑆𝑑
𝑓𝑐𝑗 = 25 + 1,65𝑥4 = 31,6 𝑀𝑃𝑎
2) Relação água/cimento:
De acordo com a curva de Walz, Figura 4, para a resistência requerida aos 28 dias de
31,6 MPa, e um cimento com resistência normal aos 28 dias de 32 MPa, é requerido um fator
água/cimento de 0,5 (𝑓𝑎
𝑐= 0,50) para se obter uma 𝑓𝑐𝑘 igual a 25 MPa. No entanto, para
melhorar a trabalhabilidade do concreto, foi aumentado o fator água cimento em 20%, de 0,50
para 0,60. Com esse aumento no 𝑓𝑎
𝑐 é previsível que haja uma redução considerada na
resistência do concreto. Porém, o objetivo desse trabalho é analisar a porcentagem de ganho
de resistência a tração do concreto com aditivo em relação ao sem aditivo, para uma mesma
trabalhabilidade não necessitando de verificar a resistência requerida.
44
3) Consumo de água (𝐶𝑎):
De acordo o método da ABCP o consumo de água é baseado no abatimento e no
diâmetro máximo do agregado graúdo, porém, o Quadro 2 que estima o consumo de água está
limitado para um abatimento requerido máximo de 80 a 100 mm. No entanto, através da
Equação 8 é possível calcular o consumo de água requerido. Com um consumo de água inicial
de 200 l/m³ para se obter um abatimento de 140 mm e para um abatimento inicial de 110 mm
tem-se:
𝐶𝑎𝑟 = 𝐶𝑎𝑖𝑥 (𝑆𝑇𝑟
𝑆𝑇𝑖)
0,1
𝐶𝑎𝑟 = 200𝑙/𝑚³ 𝑥 (140 𝑚𝑚
110 𝑚𝑚)
0,1
= 204,88𝑙
𝑚3
Chegando-se a um consumo de água (𝐶𝑎) aproximadamente igual a 205 𝑙𝑚³
⁄ .
4) Consumo de cimento (𝐶𝑐):
Considerando um litro de água igual a 1 kg, temos: 𝐶𝑎 = 205𝑘𝑔
𝑚³.
Assim, para o fator água cimento de 0,60, temos:
𝐶𝑐 = 𝐶𝑎
𝑓𝑎
𝑐
=205
𝑘𝑔𝑚³
⁄
0,60= 341,67 𝑘𝑔
5) Consumo de agregado graúdo (𝐶𝑏):
O agregado graúdo calculado baseado pela dimensão máxima escolhida e pelo módulo
de finura da areia, para um módulo de finura de 2,8 e um diâmetro máximo de 19 mm de
acordo com o Quadro 3, temos o volume de brita igual a 0,670 m³.
O consumo de agregado graúdo por metro cúbico de concreto é estimado pela
Equação 13:
𝐶𝑏 = 𝑉𝑏𝑥𝛿𝑏𝑐𝑝 = 0,670𝑚3𝑥1500𝑘𝑔
𝑚³= 1005 𝑘𝑔
45
6) Consumo de agregado miúdo (𝐶𝑚):
O volume de agregado miúdo para cada metro cúbico de concreto é dado pela Equação
11:
𝑉𝑚 = 1 − (𝐶𝑐
𝛾𝑐+
𝐶𝑏
𝛾𝑏+
𝐶𝑎
𝛾𝑎) = 1 − (
341,67𝑘𝑔
3100 𝑘𝑔 𝑚³⁄+
1005𝑘𝑔
2700 𝑘𝑔 𝑚³⁄+
205
1000 𝑘𝑔 𝑚³⁄)
𝑉𝑚 = 0,313𝑚³
E o consumo de areia por metro cúbico de concreto é obtido pela equação 12:
𝐶𝑚 = 𝑉𝑚𝑥𝛾𝑚 = 0,313𝑚3𝑥2600𝑘𝑔
𝑚³= 812,66 𝑘𝑔
Chega-se a um consumo de 812,66 kg de agregado miúdo por metro cúbico de
concreto.
7) Traço gerado: (cimento:areia:brita:água):
𝐶𝑐
𝐶𝑐:𝐶𝑚
𝐶𝑐:𝐶𝑏
𝐶𝑐:𝐶𝑎
𝐶𝑐=
341,67𝑘𝑔
341,67𝑘𝑔:812,66𝑘𝑔
341,67𝑘𝑔:
1005𝑘𝑔
341,67𝑘𝑔:
205𝑘𝑔
341,67𝑘𝑔
Com esses dados foi obtido um traço como mostrado no Quadro 4:
Quadro 4 - Traço dos corpos de prova sem aditivo
Cimento(kg/kg) Agregado
Miúdo(kg/kg)
Agregado
Graúdo(kg/kg)
Relação Água/Cimento
(kg/kg)
1 2,378 2,940 0,600
Fonte: Autoria própria, 2013.
Através desse traço foi feita a verificação de consistência utilizando o método de
abatimento de tronco de cone prescrito na NBR NM 67 (ABNT, 1996). Para essa verificação
foi feito o traço em proporção de materiais para 3 corpos de prova (Quadro 5) de volume igual
a 0,00157 m³, que é a quantidade necessária de material para se realizar esse ensaio. Nessas
proporções já foram adicionado 20% de perdas que são recomendados.
46
Quadro 5 - Traço para o abatimento dos corpos de prova sem aditivo
Quantidade de
corpos de prova Cimento (kg)
Agregado Miúdo
(kg)
Agregado Graúdo
(kg) Água (kg)
3 1,932 4,593 5,680 1,16
Fonte: Autoria própria, 2013.
Com esse traço se chegou a um abatimento de tronco de cone de 140±20 mm.
4.2.1.2 Corpos de prova com aditivo
Para a produção dos corpos de prova com aditivo foi utilizado o mesmo traço, porém
reduzindo 20% na água de amassamento. Utilizou-se o aditivo plastificante já mencionado. O
cálculo do aditivo foi feito procurando chegar a mesma trabalhabilidade do concreto feito
anteriormente. Foi adicionado diferentes porcentagens do aditivo e realizado testes de
abatimento de tronco de cone segundo a NBR NM 67 (ABNT, 1996) para se chegar ao
mesmo abatimento, de 140±20 mm, do concreto de sem aditivo.
4.2.1.2.1 Traço dos corpos de prova com aditivo
- 1ª Tentativa:
A primeira tentativa foi utilizado as porcentagens indicadas no manual técnico do
aditivo, onde se recomenda a utilização de 0,17 a 0,25 litros de aditivos para cada 100 kg de
cimento que equivale 0,2 a 0,3 % de aditivo sobre a massa de cimento, no entanto, esse
manual atenta para que, mediante a realização de ensaios pode-se utilizar dosagens maiores.
Assim, utilizando um valor de 0,24 litros de aditivos para cada 100 kg, equivalente a 0,29%
sobre a massa de cimento, o consumo de aditivo (𝐶𝑎𝑑) em ml para ser adicionado a água de
amassamento é dado por:
𝐶𝑎𝑑 = 0,24 𝑙
100 𝑘𝑔 𝑥 1,932 𝑘𝑔 = 0,00464 𝑙 𝑥
1000 𝑚𝑙
1 𝑙
𝐶𝑎𝑑 = 4,64 𝑚𝑙
47
Portanto, com o traço do Quadro 5, foi reduzido em 20% a água de amassamento e
adicionado 4,64 ml do aditivo para se fazer 3 corpos de prova com o objetivo de verificar a
consistência do concreto (Quadro 6).
Quadro 6 - Traço para o abatimento dos corpos de prova com aditivo - 1ª tentativa
Quantidade de
corpos de prova Cimento (kg)
Agregado
Miúdo (kg)
Agregado
Graúdo (kg) Água (kg) Aditivo (ml)
3 1,932 4,593 5,680 0,966 4,64
Fonte: Autoria própria, 2013.
Com esse traço foi realizado o teste de tronco de cone e verificado que o abatimento
foi apenas de 30 mm. Por isso foi realizada outra tentativa com o aditivo.
-2ª Tentativa:
Nessa tentativa foi utilizado uma dosagem passando do indicado pelo manual.
Utilizando 0,29 litros para cada 100 kg, ou 0,354% sobre a massa de cimento.
𝐶𝑎𝑑 = 0,29 𝑙
100 𝑘𝑔 𝑥 1,932 𝑘𝑔 = 0,0056 𝑙 𝑥
1000 𝑚𝑙
1 𝑙
𝐶𝑎𝑑 = 5,60 𝑚𝑙
Chegando ao traço como mostra o Quadro 7:
Quadro 7 - Traço para o abatimento dos corpos de prova com aditivo - 2ª tentativa
Quantidade de
corpos de prova Cimento (kg)
Agregado
Miúdo (kg)
Agregado
Graúdo (kg) Água (kg) Aditivo (ml)
3 1,932 4,593 5,680 0,966 5,60
Fonte: Autoria própria, 2013.
Com esse traço foi obtido um abatimento apenas de 80 mm.
48
-3ª Tentativa:
Com a segunda tentativa foi observado que a fração aumentada foi pouca para se obter
o abatimento desejado. Portanto, na 3ª tentativa será utilizado 1,23 litros para cada 100 kg, ou
1,5% de aditivo sobre a massa de cimento.
𝐶𝑎𝑑 = 1,229 𝑙
100 𝑘𝑔 𝑥 1,932 𝑘𝑔 = 0,02374 𝑙 𝑥
1000 𝑚𝑙
1 𝑙
𝐶𝑎𝑑 = 23,74 𝑚𝑙
Com essa quantidade de aditivo foi obtido o traço mostrado no Quadro 8:
Quadro 8 - Traço para o abatimento dos corpos de prova com aditivo - 3ª tentativa
Quantidade de
corpos de prova Cimento (kg)
Agregado
Miúdo (kg)
Agregado
Graúdo (kg) Água (kg) Aditivo (ml)
3 1,932 4,593 5,680 0,966 23,74
Fonte: Autoria própria, 2013.
Através da porcentagem de aditivo no concreto obtida com a 3ª tentativa é possível
adquirir uma consistência similar à do concreto sem aditivo, com um abatimento de 140±20
mm.
Feito o traço do concreto com e sem aditivo, os corpos de prova sem aditivos foram
colocados na cura após 24 horas como prescrito no item 4.1.2.2. Já os corpos de prova com
aditivo foram colocados na cura após 48 horas, pois as 24 horas após suas confecções ainda se
encontravam úmidos.
4.2.2 Montagem
Para a realização do ensaio de tração por compressão diametral é utilizado os pratos de
compressão na máquina de ensaio EMIC DL 10000. O corpo de prova é centralizado em cima
do prato inferior, que é um prato fixo, então é descido o prato superior até encostar no corpo
de prova sem constatar nenhuma força excessiva no mesmo. Em cima de um tripé, é
posicionada a máquina fotográfica de frente para a máquina e com o foco direcionado para a
circunferência do corpo de prova como mostra a Figura 11.
49
Figura 11 - Montagem para iniciar o ensaio.
Fonte: SENA, 2013.
Os pratos da máquina de compressão possuíam diâmetro de apenas 160 mm, no
entanto, o menor molde que havia no Laboratório de Ensaios Materiais, na UFERSA, onde
foram feitos os corpo de prova, era de 100 mm de diâmetro e 200 mm de comprimento. Isso
inviabilizou a análise adequada do ensaio, pois se colocado o corpo de prova no meio, ficaria
espaços no comprimento do corpo de prova sem ser comprimido. Então o corpo de prova,
após ser centralizado no meio dos pratos, foi distanciado para trás de 20 mm da frente dos
pratos como mostra a Figura 12. Pode ser mostrado um esquema do posicionamento dos
corpos de prova na Figura 13. Com esse posicionamento a parte frontal do corpo de prova que
é a parte que está direcionado para a câmera será comprimida uniformemente, provavelmente
mostrando um comportamento desejado no ensaio, já a parte de trás do corpo de prova não
será comprimida pelo prato e provavelmente não será rompida como a da frente. Contudo, o
rompimento da parte da frente já é o suficiente para se ter uma análise um tanto adequada
através da correlação de imagens.
50
Figura 12 - Posicionamento do corpo de prova na máquina.
Fonte: Autoria própria, 2013.
Figura 13 - Esquema do posicionamento do corpo de prova na máquina
Fonte: Autoria própria, 2013.
O computador utilizado para a conexão com a máquina foi o do próprio Laboratório de
Mecânica da UFERSA, pois onde já se tinha o programa padrão das máquinas EMIC, o
programa computacional TESC. Os parâmetros utilizados foram baseados no tipo de material
que será feito o ensaio e nas dimensões do material. A velocidade do ensaio foi escolhida de
51
modo que o material se rompesse entre 2 à 3 minutos, pois o desejado seria obter uma
imagem a cada 1 segundo, para que no final do ensaios obtivéssemos de 120 a 180 fotos, que
já é um número adequado de imagens para serem analisadas pelo programa Correli 𝑄4𝐿𝑀𝑇
com mais precisão para todo o ensaio.
Assim, no programa computacional foi registrado as seguintes opções:
Caracterização da área: particular para cada ensaio;
Resultados a serem apresentados no final do ensaio: Força máxima;
Velocidade do ensaio: 0,01 mm/s;
Limite de força: 100kN (limite da máquina);
Limite de deslocamento: 10 mm;
Quando parar o ensaio: quando um dos limites acima for alcançado;
4.2.3 Parâmetros de correlação
Algumas variáveis utilizadas na análise das imagens são apresentada no Quadro 9.
Quadro 9 - Parâmetros para a realização da correlação de imagens no corpo de prova com
aditivo
Velocidade do
ensaio
Número de
imagens
Número do
incremento
Number of scales
(número de
escalas)
0,01 mm/s 97 1 3
ZOI size ZOI shift
Max. Number of
interations
(Número máximo
de interações)
Dinamic range
32 pixels 32 pixel 5 8 bit
Fonte: Autoria própria, 2013.
Os parâmetros para a realização da correlação das imagens dos corpos de prova sem
aditivos estão dispostos no Quadro 10.
52
Quadro 10 - Parâmetros para a realização da correlação de imagens no corpo de prova com
aditivo
Velocidade do
ensaio
Número de
imagens
Número do
incremento
Number of scales
(Número de
escalas)
0,01 mm/s 70 1 3
ZOI size ZOI shift Max. Number of
interations Dinamic range
32 pixels 32 pixel 5 8 bit
Fonte: Autoria própria, 2013.
4.2.4 Virtual gauges
O programa Correli Q4LMT disponibiliza a função gauge, que é uma ferramenta similar
a um strain gauge, onde possibilita o cálculo da deformação média de uma imagem analisada.
Como é possível encontrar a deformação média computacionalmente, essa ferramenta é
denominada virtual gauge. Para a análise dessa deformação é feito uma área retangular com
tamanho variado, que pode ser a critério de quem manuseia o virtual gauge, com o cuidado de
tentar pegar a área na figura onde provavelmente ocorrerá a deformação no corpo de prova,
que no caso específico seria aproximadamente no meio da circunferência, de cima para baixo.
A análise das propriedades do material pode ser feita utilizando apenas um gauge. Para
a análise das propriedade do corpo de prova com aditivo foram utilizados os gauges
posicionados como mostra a Figura 14. Para a análise do corpo de prova sem aditivos foram
localizado os gauges como mostra a Figura 15.
53
Figura 14 - Posicionamento dos gauges no corpo de prova com aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
Figura 15 - Posicionamento dos gauges no corpo de prova sem aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
54
4.2.5 Obtenção das curvas
Com o virtual gauge é possível obter-se os dados de deformação nas direções axial e
lateral, onde foram dispostos em forma de tabela. Nesta tabela foi adicionada ao lado das
colunas de deformação outra coluna contendo os valores de tempo, que variou de 0 a 235
segundos para os corpos de prova com aditivo e de 0 a 173 segundos para os corpos de prova
sem aditivo. Essa variação é de acordo com o número de imagens que foram executadas no
Correli Q4LMT.
Com os dados obtidos da máquina EMIC DL 10000 é criada uma segunda planilha,
onde continha os dados de força aplicada e de tempo do ensaio. Assim, com esses dados de
força, a tensão de tração pôde ser calculada através da Equação 15.
Foram obtidas 97 imagens do ensaio até o momento da ruptura para os corpos de
prova com aditivos e 70 imagens para os sem aditivos. Essas imagens foram capturadas com
uma frequência de aquisição de 1 imagem a cada 2,5 segundo em média. Foi necessário um
interpolação dos dados de tempo e tensão extraídos da máquina para aquisição dos valores de
tensão referentes aos tempos dos valores de deformação.
4.2.6 Propriedades dos materiais
Utilizando a técnica da correlação de imagens juntamente com os dados dos ensaios
obtidos através da interface TESC foi possível a determinação das seguintes propriedades do
concreto com e sem aditivo.
4.2.6.1 Força máxima
Os valores de força máxima ou força de ruptura para o concreto com e sem aditivo
foram adquiridos através dos dados da máquina de ensaios, que ao se realizar cada ensaio, ela
disponibiliza os valores de tempo, deslocamento e força. Com os dados de força e
deslocamento é possível fazer um gráfico para melhor visualizar o ponto máximo da força
requerida para romper os corpos de prova (Figura 16).
55
Figura 16 - Determinação da força máxima pelo método empírico do diagrama
Fonte: Autoria própria, 2013.
4.2.6.2 Tensão máxima
Para se obter as tensões máximas foi utilizado a Equação 15:
𝜎𝑥 = 2𝑃
𝜋𝐷𝐿=
𝑃
𝜋𝑅𝐿
Onde o diâmetro e o comprimento dos corpos de prova era constante para cada corpo
de prova durante o ensaio. Já o valor de força era o valor máximo alcançado no ensaio, ou
seja, o valor de força que foi necessário para a ruptura do material.
56
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 ENSAIO DE TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (DADOS DA
MÁQUINA)
Foram submetidos 6 corpos de prova ao ensaio de tração por compressão diametral até a
ruptura do material, 3 corpos de prova com aditivo, onde foram marcados com o nome de CP
01 AD_DIC, CP 02 AD e CP 03 AD, respectivamente. O primeiro corpo de prova recebeu a
terminologia DIC, que quer dizer Correlação Digital de Imagem em tradução do inglês,
porque é o corpo de prova com aditivo em que se realizou a correlação de imagens. Os outros
3 corpos de prova foram sem aditivo, onde receberam a marcação com os nomes de CP 01
SA_DIC, CP 02 SA e CP 03 AS, respectivamente. Da mesma maneira do primeiro corpo de
prova com aditivo, o primeiro corpo de prova sem aditivo recebeu a terminologia DIC para
denotar a realização da correlação de imagens com esse corpo de prova.
Através desse ensaio é possível obter algumas características do concreto. O Quadro 11
mostra alguns parâmetros para a realização dos ensaios de tração por compressão diametral.
Quadro 11 - Parâmetros dos ensaios
Ensaio Velocidade do ensaio Idade do concreto ensaiado
(dias)
CP 01 AD_DIC 0,01 mm/s 30
CP 02 AD 0,01 mm/s 30
CP 03 AD 0,01 mm/s 30
CP 01 SA_DIC 0,01 mm/s 35
CP 02 SA 0,01 mm/s 35
CP 03 SA 0,01 mm/s 35
Fonte: Autoria própria, 2013.
5.1.1 Corpo de prova com aditivo
Os três corpos de prova com aditivo foram ensaiados com 28 dias de cura. A partir dos
dados de força e deslocamento obtidos através dos ensaios informados pela máquina de
57
ensaio, tornou-se possível a obtenção das curvas de força versus deslocamento dos três corpos
de prova com aditivo (Figura 17).
Figura 17 - Curvas de força versus deslocamento dos corpos com aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
Através do diâmetro, comprimento do corpo de prova, e dos valores de força,
adquiridos no ensaio, utilizando a Equação 15, foi possível obter um diagrama de tensão
versus deslocamento (Figura 18).
58
Figura 18 - Curva de tensão versus deslocamento dos corpos de prova com aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
A partir da duas curvas da Figura 17 e Figura 18 é notado que as curvas do CP 02 AD
e do CP 03 AD já começam com um comportamento bem inclinados enquanto que a curva do
CP 01 AD_DIC inicia sem inclinação e depois é que ocorre a inclinação da curva. Isso pode
ser explicado pelo fato do corpo de prova CP 01 AD_DIC ter ficado com um mau
posicionamento entre os pratos da máquina, que pode ter sido causado pelo formato
desuniforme do molde utilizado para sua confecção. Assim, quando o prato superior começou
a descer, foi se acomodando aos poucos em todo o comprimento a ser tocado do corpo de
prova. Com essa acomodação a máquina ainda não aplicava carga excessiva em toda a parte
do corpo de prova, depois de tocar toda a parte do corpo de prova entre os pratos é que
começou a aplicação uniforme da carga.
Baseando-se nesses dois diagramas pôde-se estimar a Força máxima e a Tensão
máxima (Quadro 12).
59
Quadro 12 - Força máxima e tensão máxima dos corpos de prova com aditivo
CP 01 AD_DIC CP 02 AD CP 03 AD Média
Força máxima
(N) 30758 37204 44981 34986,67
Tensão máxima
(MPa) 1,399 1,692 2,029 1,556
Fonte: Autoria própria, 2013.
5.1.2 Corpos de prova sem aditivo
Os corpos de prova sem aditivos CP 01 SA_DIC, CP 02 SA e CP 03 SA foram
ensaiados com idade de 35 dias após sua produção e 34 dias de cura. Com os dados de força e
deslocamento obtidos do ensaio, pôde-se traçar as curvas de força versus deslocamento
(Figura 19) e posteriormente a de tensão versus deslocamento (Figura 20).
Figura 19 - Curva força versus deslocamento dos corpos de prova sem aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
60
Figura 20 - Curva tensão versus deslocamento dos corpos de prova sem aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
Houve o mesmo comportamento de acomodação para os corpos de prova sem aditivo.
No entanto, ocorreu um mau posicionamento para dois dos três corpos de prova. Analisando
as curvas mostradas nas Figuras 19 e 20 percebe-se que possui duas com comportamento
parecidos e uma com inclinação e tensão maior do que as outras duas. Da mesma maneira dos
corpos de prova com aditivo, o má posicionamento pode ter sido causada pelo molde de
confecção dos corpos de prova.
Através dos dados da máquina, foi possível obter a Força máxima e consequentemente
a Tensão máxima para cada corpo de prova (Quadro 13).
Quadro 13 - Força máxima e tensão máxima dos corpos de prova sem aditivo
CP 01 SA_DIC CP 02 SA CP 03 SA Média
Força Máxima
(N) 24068 29221 38481 30590
Tensão Máxima
(MPa) 1,076 1,316 1,733 1,375
Fonte: Autoria própria, 2013.
61
5.1.3 Comparativo entre o comportamento das curvas dos corpos de prova com e sem
aditivo
Através da plotagem das curvas de todos os ensaios pode-se ter uma visão geral do
comportamentos do material com e sem aditivo. A priori foi utilizado os gráfico de Força
versus deslocamento e Tensão versus deslocamento para se fazer a análise desses materiais.
Figura 21 - Curvas de força versus deslocamento dos corpos de prova com e sem aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
62
Figura 22 - Curvas de tensão versus deslocamento dos corpos de prova com e sem aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
A partir das Figuras 21 e 22, é possível observar que, primeiramente, há três curvas
mais inclinadas e três menos inclinadas. Os corpos de prova CP 02 AD, CP 03 AD e CP 03
SA, foram justamente os corpos de prova com melhor posicionamento nos pratos da máquina,
gerando assim, curvas mais inclinadas e contínuas até o rompimento. Já nas outras três curvas
pertencem aos corpos de prova CP 01 AD_DIC, CP 01 SA_DIC e CP 02 SA, que por sua vez,
tiveram um má posicionamento nos pratos da máquina, constatou-se em suas curvas uma
parte mais deformada sem um aumento de força, consequentemente de tensão, no início do
ensaio.
Outra observação importante a se fazer através desses diagramas de curvas, tanto de
força versus deslocamento, quanto de tensão versus deslocamento, é que o corpo de prova CP
03 AD necessitou de maior força para que houvesse o rompimento, sendo esse o terceiro
corpo de prova com aditivo redutor de água. O que condiz com o esperado, pois ao se reduzir
a água no concreto, deve-se esperar um ganho de resistência. No entanto, o CP 03 SA mostra
uma maior resistência quando comparado com os outros dois com aditivos, algo já não
esperado, mas que pode ser explicado pelo fato dos corpos de prova sem aditivo terem
passado mais tempo em cura (34 dias), do que os com aditivos (28 dia). Até os 28 dias de
cura o concreto já tem adquirido quase que 95 % de sua resistência após os 28 dias, o concreto
63
continua tendo um ganho de resistência, apesar de ser pouco, onde esse ganho de resistência
fica quase que estabilizado.
Mesmo com um dos corpos de prova sem aditivo se comportando de forma diferente,
houve uma média maior de força consequentemente de tensão de tração para os corpos de
prova com aditivo como mostra o Quadro 14.
Quadro 14 - Média das forças e tensões máxima dos corpos de prova com e sem aditivo
Corpos de prova com aditivo Corpos de prova sem aditivo
Média das
Forças máxima (N) 34986,67 30590
Média das
Tensões máxima (MPa) 1,556 1,375
Fonte: Autoria própria, 2013.
5.2 ENSAIO DE TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (DADOS DO
CORRELI Q4LMT )
A interface do Correli Q4LMT disponibiliza dois quadros, o primeiro mostra a imagem
com o incremento que exibe os deslocamentos, deformação e erros em duas direções
possíveis e o segundo quadro é exibido o comportamento vetorial de cada ponto escalado da
imagem tirada no instante qualquer. Com isso é possível obter diversas variáveis. As variáveis
que serão explanadas e necessárias para analisar a tração do concreto serão principalmente os
campos de deslocamentos (Displ.) e deformação (Strain) na direção 2, as opções de direção se
apresentam na parte esquerda interface do CORRELI Q4LMT. Os gráfico são obtidos através
do comparativo de duas imagens, onde a primeira imagem serve de referência para todas as
outras no decorrer do ensaio. Serão analisadas algumas imagens para se ter noção do
comportamento da deformação ocorrida durante o ensaio.
64
5.2.1 Análise através dos campos de deslocamento e de deformação
No ensaio do corpo de prova com aditivo foram obtidas 97 imagens como mostrado no
Quadro 10. Foram escolhidas algumas imagens para verificar as deformações durante todo o
ensaio. Através dos dados obtidos com a correlação de imagens utilizando os setes virtual
gauges foi possível obter a curva deformação versus tempo (Figura 23).
Figura 23 - Curva de deformação versus tempo na direção 2 utilizando os 7 gauges do corpo
de prova com aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
Nessa curva percebemos que ao se iniciar o ensaio, não houve deformações
consideráveis até aproximadamente 60 segundos de ensaio, entre 60 e 80 segundos começa a
ficar nítido as deformações e acima de 80 segundo as deformações já são bastantes
visualizadas e consideráveis. Os gauges 04 e 05 mostram que, onde eles se encontravam, no
meio da circunferência, ocorreu uma deformação muito grande, maior que 0,4 mm/mm. A
seguir serão mostradas algumas imagens analisadas pelo Correli Q4LMT em seus respectivos
tempos.
A Figura 24 mostra a imagem 01 de referência (corpo sem deformação), no instante
zero segundos, através da interface do Correli Q4LMT, onde está marcado para exibir o campo
65
de deslocamento na direção 2 (Displ. 2 –lado esquerdo da interface), que é a direção de
interesse para se analisar a tração por compressão diametral.
No meio da imagem é exibida uma escala de cores, onde ao lado de cada cor é mostrado
números que são dados em pixels. Cada pixel corresponde a 0,234 mm. Esses números não
são fixos, podendo aumentar dependendo do valor de “delta u máximo” utilizado, que é o
zoom da objetiva.
Figura 24 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem de referência).
Fonte: Autoria própria, 2013.
Na Figura 25 temos a imagem de número 17, que equivale ao instante de 39 segundos
no ensaio. Nela é exibido o campo de deslocamento, onde já se pode perceber uma
distribuição diferente de deslocamento referente a primeira imagem.
66
Figura 25 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 17 – 39 segundos de ensaio).
Fonte: Autoria própria, 2013.
Na parte superior esquerda é notado um deslocamento no sentido negativo da direção 2,
enquanto que na parte inferior direita, houve um deslocamento positivo de intensidade
semelhante a negativa. Nessa imagem aumentou-se o zoom da objetiva, fazendo “Delta u
máx” igual a 3. Na Figura 26 é exibido a deformação na direção 2 nesse mesmo momento.
67
Figura 26 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 17 – 39 segundos de ensaio)
Fonte: Autoria própria,2013.
É possível notar que não há registro de deformação nesse instante. O que condiz com o
gráfico da Figura 23, onde no tempo de 39 segundos ainda não houve nenhuma deformação
considerável.
Outra imagem interessante para se analisar é a imagem 30 no instante de 70 segundos
do ensaio, mostrada na Figura 27.
68
Figura 27 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 30 – 70 segundos de ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Nesse instante do ensaio começa a aumentar os deslocamentos que foram mostrados na
Figura 26 no instante 17 segundos. É também nesse instante que começa a ficar mais evidente
a deformação (Figura 28).
Figura 28 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 30 – 70 segundos de ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
69
No instante 78 segundos, através a distribuição do deslocamento, já fica bastante visível
o aparecimento da trinca diametral, onde na imagem 17 ainda não havia essa distribuição.
Nesse instante foi obtido a imagem 33, que é mostrada na Figura 29.
Figura 29 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 33 – 78 segundos)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Apesar de ficar evidente a formação da trinca, é possível notar no quadro de vetores que
ainda não é possível visualizar nenhum tipo de rompimento das fibras do material. A
deformação nesse instante já chega a atingir valores em torno de 0,01 como mostrado na
Figura 30.
70
Figura 30 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 33 – 78 segundos)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Na imagem de número 40, aos 95 segundos, é possível notar o começo do rompimento
das fibras do material (Figura 31).
71
Figura 31 - Rompimento do corpo de prova 01 AD_DIC (imagem 40 – 95 segundos)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Para esse instante é mostrado o deslocamento e a deformação através da Figura 32.
Figura 32 - Campos de deslocamento (lado esquerdo) e de deformação (lado direito) –
(imagem 40 – 95 segundos)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Nessa imagem, na parte do deslocamento, percebe-se que a parte direita do diâmetro
está sendo tracionada (deslocamento positivos) mais uniformemente do que a parte esquerda,
72
no entanto, a parte esquerda não deixa de estar sendo tracionada, que é o esperado durante
todo o ensaio. Na imagem da deformação é possível notar a deformação máxima sendo
concentrada diametralmente na vertical, porém, com essa deformação sendo na horizontal.
A imagem que registrou a carga máxima foi a imagem 64 obtida aos 153 segundos de
ensaio. Nela, diferentemente da imagem 40, é bastante visível o rompimento do material
(Figura 33).
Figura 33 - Rompimento do material (imagem 64 – 153 segundos de ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
73
Figura 34 - Deslocamento vetorial de cada ponto (imagem 64 – 153 segundos de ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Analisando a Figura 34 de cima para baixo é fácil notar o comportamento dos vetores
em cada ponto marcado. Onde percebe-se nitidamente, principalmente onde ocorre o
rompimento, que o material está sofrendo tração mesmo após ter sido submetido a
compressão diametral. Na Figura 35 é mostrado os deslocamentos nesse instante do ensaio. O
deslocamento nesse momento chega a 20.60 pixels em módulo na parte esquerda da figura e a
10.40 em pequenos cantos concentrados no lado direito.
74
Figura 35 - Campos de deslocamento na direção 2 (imagem 64 – 153 segundos de ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
A deformação nesse instante do ensaio chega a valores maiores que 0,4 (Figura 36).
Figura 36 - Campos de deformação na direção 2 (imagem 64 – 153 segundos de ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
75
Para cada análise de deslocamento ou deformação é possível estimar o erro. Por
exemplo, na Figura 36, que mostrava a deformação na direção 2 para a imagem 64 o erro é
mostrado na Figura 37.
Figura 37 - Estimativa de erro exibido no Correli Q4LMT (imagem 64 – 153 segundos de
ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Portanto, é mostrado que na maior parte do lado esquerdo é observado um erro de 0,02
a 0,03, enquanto que no lado direito e no ponto mais concentrado no meio da imagem já
chega a um erro de 0,04.
5.2.2 Análise comparativa através das deformações e deslocamentos
Através do gráfico deformação versus tempo do corpo de prova sem aditivo é possível notar
que, diferentemente do corpo de prova com aditivo, todos os gauges mostraram uma grande
deformação durante o ensaio (Figura 38).
76
Figura 38 - Curva de deformação versus tempo na direção 2 utilizando os 7 gauges do corpo
de prova com aditivo
Fonte: Autoria própria, 2013.
Para se fazer uma comparação adequada dos corpos de prova com e sem aditivos deve
ser feita uma análise nos intervalos de tempo e imagens aproximadamente iguais para cada
ensaio.
É possível verificar que nos dois gráficos deformação versus tempo, do corpo de prova
com e sem aditivo que, do início até aproximadamente aos 60 segundos não há deformações
consideráveis, enquanto que no intervalos entre 60 a 80 segundo é que começa a ocorrer
deformações mais evidentes.
Anteriormente foi analisada a imagem 33 do corpo de prova com aditivo aos 78
segundos de ensaios (Figura 29), onde nela era notado o começo da formação da trinca
através dos deslocamentos na direção 2. A imagem 33 do corpo de prova sem aditivo foi
tirada aos aos 79 segundos de ensaios (Figura 39).
77
Figura 39 - Campos de deslocamento na direção 2 – 01 SA_DIC (imagem 33 – 79 segundos
de ensaio)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Nessa imagem, diferente da imagem 33 do corpo de prova com aditivo, é notado que já se deu
completamente a formação da trinca. No intervalo de 78 segundos para o corpo de prova com aditivo
foi calculada uma tensão de tração de 1,286 MPa, enquanto que no corpo de prova sem aditivo no
instante de 79 segundos foi calculada uma tensão de 1,085 MPa. Evidenciando que, apesar do corpo
de prova com aditivo está submetido a uma tensão maior, as partículas do material estava resistindo
melhor a carga aplicada.
Fica mais evidente esse ganho de resistência pela análise da deformação dos corpos de prova
para um mesmo instante de ensaio. A Figura 30, mostra o campo de deformação na direção 2 do corpo
de prova com aditivo aos 78 segundos. Para o corpo de prova sem aditivo é mostrado campo de
deformação na direção 2 no instante 79 segundos através da Figura 40.
78
Figura 40 - Campos de deformação na direção 2 - 01 SA_DIC (imagem 33 – 79 segundos)
Fonte: Autoria própria, 2013.
A deformação nesse instante é semelhante a deformação do corpo de prova com aditivos aos 85
segundos de ensaio como mostra a Figura 41.
Figura 41 - Campos de deformação na direção 2 – 01 AD_DIC (imagem 35 – 85 segundos)
Fonte: Autoria própria, 2013.
79
Vale salientar que aos 85 segundos de ensaio, no corpo de prova sem aditivo, já foi
registrado a tensão máxima (provável rompimento), que ocorreu aos 84 segundos na imagem
de número 35, enquanto que a tensão máxima atingida no corpo de prova com aditivo foi aos
153 segundos. Essa ruptura mais rápida, que aconteceu com o corpo de prova sem aditivo,
apenas mostra a fragilidade do material quando comparado com o corpo de prova com
aditivo.
5.2.3 Análise comparativa através dos diagramas tensão-deformação
Para a análise comparativa dos diagramas tensão-deformação foram escolhidos o primeiro,
segundo e o sexto gauge dos dois ensaios com correlação de imagens dos corpos de prova com e sem
aditivo.
É apresentado o diagrama tensão-deformação do corpo de prova com aditivo na Figura 42 e o
do corpo de prova sem aditivo na Figura 43.
Figura 42 – Diagrama tensão-deformação do corpo de prova com aditivo (gauges 1, 2 e 6)
Fonte: Autoria própria, 2013.
80
Figura 43 - Diagrama tensão-deformação do corpo de prova sem aditivo (gauges 1, 2 e 6)
Fonte: Autoria própria, 2013.
Percebe-se que até o final do ensaio, o corpo de prova sem aditivo (Figura 43) teve uma
deformação bem maior do que o corpo de prova com aditivo (Figura 42). Mostrando que o corpo de
prova com aditivo apresentou uma maior resistência a deformação apesar de ter sido submetido a uma
maior carga.
81
6 CONCLUSÃO E SUGESTÕES
Através desse trabalho de conclusão de curso foi possível estudar algumas propriedade do
concreto. Propriedades essas que são fundamentais para a utilização do mesmo na prática da
construção civil, são elas a força máxima de ruptura e tensão máxima de tração, onde essas
propriedade foram adquiridas através das curvas de força versus deslocamento, tensão versus
deslocamento e tensão versus deformação. Além disso, foi possível verificar a alteração
dessas propriedade quando adicionado aditivo plastificante no traço do concreto. Em média,
foi notado um ganho de resistência no concreto com aditivo.
Esse acréscimo de resistência do concreto pôde ser observado através das curvas força
versus deslocamento. Apesar dos corpos de prova com aditivos apresentarem uma média
maior de resistência, os corpos de prova sem aditivos apresentaram uma resistência um tanto
próximas aos corpos de prova com aditivo. Isso pode ser devido ao tempo a mais na cura dos
corpos de prova sem aditivos. Na literatura sabe-se que a maior resistência é atingida entre os
7 a 28 dias de cura, porém, mantendo-se o concreto na cura, é contínuo esse ganho de
resistência, mesmo que seja pouco. Provavelmente haveria uma maior diferença nas
resistência se os corpos com e sem aditivos fosse fabricados e colocados na cura no mesmo
dia. Além do mais, teria uma melhor resultado estatístico se fossem realizados mais ensaios
com corpos de prova com e sem aditivo.
Por meio da técnica da correlação de imagens pôde-se obter os campos de deslocamento
e de deformação do corpo de prova com aditivo durante o ensaio e utilizando a função virtual
gauge do Correli Q4LMT obteve-se a média da deformação de uma determinada área. Assim,
foi possível traçar a curva de deformação na direção 2 versus o tempo que Através desse
gráfico e de algumas imagens geradas pelo Correli Q4LMT foi mostrado o comportamento
detalhado do material ao longo do ensaio onde foi possível analisar como acontece a tração
por compressão diametral no concreto.
Através dos diagramas obtido com auxílio da correlação de imagens foi verificado uma
maior deformação para o corpo de prova sem aditivo durante todo o ensaio quando
comparados com o corpo de prova com aditivo. Isso mostra um maior resistência a se
deformar do material quando utilizado o aditivo plastificante.
A maneira de se obter resultado mais precisos nesse trabalho seria a confecção de corpos de
prova com comprimentos no máximo igual ao diâmetro dos pratos da máquina de compressão. Isso
para que houvesse compressão ao longo de todo o comprimento do corpo de prova de maneira mais
uniforme possível.
82
REFERÊNCIAS
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