Para todos os ensaios, considerados a seguir, foram selecionados no mínimo 10 cps para comporem uma amostra. Em cada amostra, verificou-se, por condição estatística, se o número utilizado foi igual ou maior que o número de ensaios considerado ótimo. Caso contrário, este número foi aumentado e, novamente, verificada a condição de otimização, até a obtenção do número ideal que minimizasse os custos e maximizasse os resultados em termos de confiabilidade do processo experimental.
Corpos-de-prova
Normalmente, um ensaio de tração é feito em corpos de prova com características específicas de acordo com normas técnicas vigentes. Suas dimensões devem ser adequadas à capacidade da máquina de ensaio. Utilizam-se, com freqüência, corpos-de- prova de seção circular ou retangular, dependendo da forma e tamanho do produto acabado do qual foram retirados, como mostram as ilustrações da FIGURA 52.
FIGURA 52 – Formas usuais de corpos-de-prova. (a) seção circular e (b) seção retangular Com o objetivo de induzir a ruptura do material, estes cps apresentam uma seção transversal reduzida na parte central. Outras formas também são muito utilizadas, como mostrado no trabalho de investigação de Zhou, citado por SHAH (1995).
No ensaio de tração direta executado em meio-bloco, no equipamento desenvolvido para este trabalho e mostrado na FIGURA 61, não houve necessidade de construção de
corpos-de-prova especiais, pois os dispositivos criados dispensaram as recomendações de Zhou,33 citado por SHAH (1995).
Para os ensaios de compressão, não se fez nenhuma mudança na forma da seção transversal dos corpos-de-prova, por não haver necessidade, mesmo em se tratando de materiais frágeis e “quasi-frágeis”.
As cabeças das regiões extremas, que servem para fixar o corpo-de-prova à máquina, de modo que a força de tração atue axialmente na peça podem ter dimensões diferentes dependendo da forma de fixação. As formas destas extremidades dependem do tipo de ensaio e também dos dispositivos da máquina. Os tipos de fixação mais comuns são os apresentados na FIGURA 53.
FIGURA 53 – Tipos de fixação dos cps nas máquinas-universal. (a) tipo cunha; (b) tipo rosca; (c) tipo flange
O tipo cunha é muito utilizado, porém ele aplica tensões de compressão muito elevadas durante o ensaio de tração, podendo esmagar o cp antes do término do ensaio.
O tipo rosca não é adequado para produtos cerâmicos pela dificuldade e alto custo de execução da rosca nas extremidades do cp.
O tipo flange é bastante interessante para produtos como madeira e metais com baixo coeficiente de atrito, mas, podem induzir ruptura por cisalhamento nas extremidades, além do cp necessitar de comprimentos maiores que nos outros casos.
Neste trabalho, os cps foram retirados de blocos inteiros já adequadamente caracterizados com o objetivo de se garantir a maior aproximação possível das características do componente principal utilizado nas paredes, o bloco encaixável.
33
ZHOU, Z.P. Time Dependent Crack Growth and Fracture in Concrete. Ph.D. Dissertation, Report TVBM-1011, Lund Institute of Technology, Lund, Sweden, 1992.
Como é comum as cunhas introduzirem excentricidade nos ensaios, dispositivos para evitarem este efeito foram produzidos e testados para o equipamento criado.
Equipamento de tração (novo)
A máquina universal tem normalmente muitos predicados que a tornam muito onerosa quando se deseja efetuar ensaios mais simples, principalmente em obra. Como o seu custo é bastante alto, obras de pequeno e médio portes não têm condição de comprá-la e, com isto, a qualidade e o controle do produto podem ser comprometidos.
Uma tarefa proposta, e hoje finalizada, foi o desenvolvimento de um equipamento de pequeno porte e custo relativamente baixo para que construtores possam testar o bloco de encaixe aqui utilizado, com o objetivo de acompanhar a sua qualidade. Este equipamento de tração aqui referenciado, na sua última versão, pode ser visualizado através da FIGURA 61.
A capacidade máxima para força de tração de 3 kN, foi utilizada para a execução dos ensaio de tração direta de meios-blocos ou TJ 111. Para evitar que se tivesse uma estrutura muito robusta e, conseqüentemente, cara, o equipamento foi espelhado em balanças de duplos pratos. O dispositivo para medição de carregamento foi, inicialmente, composto de pequenos discos com massas variadas, passando-se, depois, à utilização de dinamômetro de mola. Para o equipamento na versão final, utilizou-se um pequeno cilindro hidráulico acoplado a um manômetro, capaz de medir a pressão ocorrente em um dos lados do equipamento. Outros dispositivos necessários ao ensaio de tração em meio-bloco, também foram desenvolvidos e foram utilizados nos ensaios. Durante o desenvolvimento do equipamento de tração foram produzidos e testados dois protótipos até se chegar ao terceiro o qual foi considerado definitivo. Em um dos lados do equipamento foram instaladas garras para receberam os corpos-de-prova (cps prismáticos, cilíndricos ou o meio bloco padrão – TJ 111). No outro lado foram aplicadas as cargas, como mostrado na FIGURA 58. No primeiro protótipo os pesos foram colocados sobre uma base circular suspensa por uma haste presa à barra horizontal, do equipamento.
Na FIGURA 54 estão apresentados os componentes que foram utilizados durante os ensaios de tração direta dos TJ 111. O dispositivo 1 é um cilindro maciço bi partido; o
dispositivo 2 é um suporte em forma de U; e o dispositivo 3 são parafusos tipo borboleta.
FIGURA 54 – Dispositivos utilizados para o ensaio de tração direta no TJ 111
O procedimento para a execução do ensaio de tração direta neste novo equipamento de tração pode ser assim descrito:
1. o dispositivo 1, mostrado na FIGURA 55, é introduzido no interior do furo do TJ 111;
FIGURA 55 – Um TJ 111 recebendo o dispositivo 1 1 2
2. atendido o item anterior, as partes do cilindro bi partido são fixadas no dispositivo 2 por meio dos parafusos 3, tipo borboleta, como mostrado a FIGURA 56;
FIGURA 56 – Conjunto composto pelos dispositivos 1, 2 e 3
3. atendido o item anterior, os dispositivos 2 são fixados nas garras da máquina, como mostrado na FIGURA 57;
4. concluído o item anterior, na extremidade oposta às garras, cargas são colocadas, até ocorrer a ruptura do corpo-de-prova. A carga máxima é registrada e utilizada na determinação da tensão de tração direta do corpo-de-prova. A FIGURA 58 mostra, numa visão panorâmica, o protótipo da máquina de tração no seu primeiro estágio.
FIGURA 58 – Visão panorâmica da máquina de tração, no seu primeiro estágio
A garra mostrada na FIGURA 59 foi utilizada para ensaios em prismas de base retangular (PBR) e de base circular conforme pode ser visto na FIGURA 59 e FIGURA 60.
FIGURA 59 – Garra da máquina fixando um prisma de base retangular
FIGURA 60 – Garra da máquina fixando um prisma de base circular
O processo de carregamento utilizado no primeiro protótipo mostrou-se pouco preciso na hora da leitura da carga máxima. Por esta razão, substituiu-se a haste e os discos metálicos por um dinamômetro de mola com escala graduada para a leitura das forças. Com este dispositivo o processo melhorou bastante, mas, ainda assim, a leitura final da carga máxima era pouco precisa. Após as duas experiências anteriores resolveu-se
substituir os dispositivos aplicadores das cargas por um parafuso sem-fim instalado na extremidade oposta às garras. À medida que o sem-fim se movimenta, um pistão transfere as cargas para um cilindro hidráulico e por um monômetro analógico acoplado a ele, é possível acompanhar as pressões ocorridas durante o ensaio e registradas pelo manômetro analógico. Com a pressão máxima registrada pelo monômetro e a área do seu pistão obtém-se o valor da carga de ruptura.
A FIGURA 61 mostra uma perspectiva da prensa e o sistema cilindro hidráulico/manômetro utilizado para registrar as pressões aplicadas durante o ensaio.
FIGURA 61 – Equipamento de tração de pequeno porte em perspectiva