INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE DE CARREGAMENTO NOS
RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM
ARGAMASSAS
Influence of strain rate on the compressive test results in cimentitious composites Daniel Silva Souza1, Cinara Souza Lopes1, Karen Costa Keles2, Domingos Sávio Resende2, João
Cirilo da Silva Neto3, Augusto Cesar da Silva Bezerra2
(1) Estudante de Engenharia de Automação Industrial, Campus Araxá, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
(2) Professor Mestre, Campus Araxá, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais kckeles@hotmail.com; savio@araxa.cefetmg.br; augustobezerra@araxa.cefetmg.br; (3) Professor Doutor, Campus Araxá, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
jcirilo@terra.com.br
Resumo
A resistência a compressão é utilizada como parâmetro de classificação e dimensionamento de compósitos cimentícios. Isso se deve a possibilidade de correlação desta com outras propriedades, facilidade para sua obtenção e o baixo custo necessário para a realização deste tipo de ensaio em relação aos demais. O ensaio é realizado através da aplicação de carga de compressão uniaxial em corpos-de-prova confeccionados para esta finalidade. As normas vigentes sugerem diversas taxas de carregamento para compósitos cimentícios. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da velocidade de aplicação do carregamento nos resultados do ensaio de compressão. Foi realizada uma série de ensaios de compressão para uma mesma argamassa com diferentes velocidades de aplicação de carga. Através do guia ISO GUM, utilizando o método de cálculo de incerteza de medição foi calculado o número de corpos-de-prova necessário para a obtenção de um nível de confiança satisfatório. Analisando os resultados foi verificado que a velocidade de carregamento exerce uma influência significativa nos resultados do ensaio de compressão. Percebeu-se que quanto maior foi a velocidade de aplicação de carga nos corpos-de-prova, maior foi a resistência à compressão apresentada por estes. Acredita-se que os mecanismos de propagação de trincas nos compósitos cimentícios são responsáveis por este fenômeno, pois elevadas taxas de aplicação de carregamento não proporcionam tempo hábil para a propagação de trincas e consequente menores deformações.
Palavra-Chave: velocidade de carregamento, ensaio de compressão, compósitos cimentícios, argamassas
Abstract
The compressive strength is used as parameter for the classification and design of mortars. This is due to the possibility of correlation with other properties, for its ease and low cost of obtaining to carry out this type of test in relation to others. The objective of this study was to evaluate the influence of speed of application loading in the test results of compression. We performed a series of compression tests for the same composite with different rates of load application. Through the ISO GUM guide using the method of calculation of measurement uncertainty we calculated the number of samples required to obtain a satisfactory level of confidence. Analyzing the results it was found that the loading speed has a significant influence o the results of compression test. It was noticed that the higher the speed of loading, the higher the compressive strength displayed by the specimens. It´s believed that the mechanisms of crack propagation in cementitious composites are responsible for this phenomenon, since high rates of application of loading didn’t provide enough time for crack propagation and consequent lower strain.
1 Introdução
A resistência à compressão é utilizada como parâmetro de classificação e dimensionamento de compósitos cimentícios. Isso se deve ao fato da possibilidade de correlacioná-la com outras propriedades, além do seu baixo custo em relação aos demais tipos de ensaio e a facilidade para a sua obtenção. O ensaio é realizado através da aplicação de carga de compressão uniaxial em corpos-de-prova confeccionados para esta finalidade. Entretanto, esse ensaio tem apresentado grande dispersão de resultados (SCANDIUZZI; ANDRIOLO, 1986; PATNAIKA; PATNAIKUNIB, 2001; LIMA; BARBOSA, 2002; MARCO; REGINATTO; JACOSKI, 2003), isto poderia estar relacionado a variáveis inerentes à geometria, dimensões, grau de compactação e regularização das superfícies de carga do corpo de prova, e a variáveis relacionadas à execução do ensaio, como a velocidade de aplicação do carregamento e rigidez do equipamento. Na literatura existem diversos estudos sobre a influência da geometria e dimensões do corpo de prova, mas pouco se tem estudado sobre a velocidade de aplicação do carregamento, rigidez do equipamento e regularidade das bases. A aplicação do carregamento tem sido feita a diferentes velocidades. Na literatura existem referências de taxa que variam de 0,07 a 0,80MPa/s (SCANDIUZZI; ANDRIOLO, 1986; ABNT, 1994; COUTINHO; GONÇALVES, 1994; ABNT, 1996; ASTM, 2003). No entanto, pouco se conhece sobre a influência desta variação nos resultados encontrados para compósitos cimentícios.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT (1996) diz que a velocidade de carregamento da máquina de ensaio, ao transmitir a carga de compressão ao corpo-de-prova de argamassas para determinação de resistência de cimentos, deve ser equivalente a 0,25 ± 0,05 MPa/s.
A ABNT (1994) diz que a carga de ensaio para determinação da resistência à compressão de concretos deve ser aplicada continuamente e sem choques, com velocidade de carregamento de 0,3 MPa/s a 0,8 MPa/s. Diz ainda que nenhum ajuste deve ser efetuado nos controles da máquina, quando o corpo-de-prova estiver se deformando rapidamente ao se aproximar de sua ruptura.
A American Society For Testing And Materials - ASTM (2003) diz que a velocidade de carregamento no ensaio de compressão em concretos deve ser de 0,15 a 0,35 MPa/s. Acredita-se que a variação da velocidade de aplicação de carga nos ensaios de resistência à compressão de compósitos cimentícios é uma das responsáveis pela grande dispersão nos resultados obtidos através desse ensaio. É sabido que o número de resultados obtidos para um determinado compósito influencia na confiabilidade do ensaio. A norma internacional ISO GUM tem sido utilizado como referência na apresentação e interpretação de resultados de medição para as atividades de calibração e ensaios, bem como nos processos que envolvem a acreditação de laboratórios de calibração e ensaios segundo a ABNT NBR ISO/IEC 17025.
todos os dados de entrada usados nas medições e conferir fundamentos de comparabilidade aos resultados de medição.
A incerteza de medição é um parâmetro associado com o resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser razoavelmente atribuídos ao mensurando. O parâmetro pode ser um desvio padrão, múltiplo do desvio padrão, metade de um intervalo correspondente a um nível de confiança estabelecido e entre outros. A incerteza se divide em três classes. A incerteza padrão que é a incerteza dos resultados de uma medição expressa como um desvio padrão. A incerteza padrão combinada que é incerteza padrão do resultado de uma medição, quando este resultado é obtido por meio dos valores de varias outras grandezas. A incerteza expandida que é grandeza que define um intervalo em torno do resultado de uma medição. A incerteza utilizada neste trabalho foi a incerteza padrão tipo A que é um método de avaliação da incerteza pela análise estatística de séries de medições.
O presente trabalho tem com objetivo avaliar a influência da variação de velocidade de carregamento nos resultados obtidos nos ensaios de compressão axial em compósitos cimentícios.
2 Materiais e métodos
Para avaliar a influência da variação da velocidade de carregamento nos ensaios de resistência à compressão de compósitos cimentícios foram moldados corpos-de-prova de argamassa na proporção de materiais em massa 1(aglomerante = cimento portland II 32 E): 3(agregado miúdo = areia natural quartzosa de rio): 0,48(água). Os corpos-de-prova foram moldados de acordo com a NBR 7215 (ABNT, 1996). Após 24 horas da moldagem os corpos-de-prova foram desmoldados e imersos em água saturada com cal durante 28 dias para cura. Aos 28 dias foram retirados da cura, capeados com enxofre e ainda úmidos foram submetidos ao ensaio de compressão em duas diferentes velocidades de aplicação de carga. Durante os ensaios, o equipamento de ensaio foi configurado para obter-se velocidades de aplicação de carga próximas aos extremos dos limites da NBR 5739 (ABNT, 1994).
O equipamento de ensaio utilizado foi um prensa hidráulica EMIC PC150ton que possui um comando hidráulico de vazão de óleo para controle da velocidade de movimento do embolo. O movimento do embolo é que define a velocidade de aplicação de carga. No caso do equipamento utilizado a velocidade de aplicação da carga não é uniforme e nem precisa.
Para a realização dos ensaios a válvula de óleo foi posicionada em dois pontos, primeiramente na posição 6,3 e depois na posição 6,5. Estes posicionamentos geraram duas velocidades de carregamento, a primeira baixa e a segunda alta. As velocidades de aplicação foram calculadas dividindo-se a carga de ruptura pelo tempo do início de aplicação da carga até a ruptura. Na figura 1 são apresentadas as faixas de aplicação de carga.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Baixa Alta Velocidade de carregamento V e loc ida de de a pl ic a ç ã o de t e ns ã o (M P a /s )
Figura 1 - Velocidades de aplicação de carga utilizadas
Para cada velocidade de aplicação de carregamento foram ensaiados 9 corpos-de-prova, completando um total de 18 corpos-de-prova.
Com base nas equações de média, desvio padrão experimental e definição da incerteza do tipo A a incerteza do tipo A foi calculada e é apresentada nos resultados.
3 Resultados
Na figura 2 é possível observar os resultados de resistência a compressão dos corpos-de-de-prova de argamassas rompidos com diferentes velocidades de aplicação de tensão. Percebe-se que os corpos-de-prova rompidos com a velocidade alta obtiveram resistência à compressão média 4,8 % maior que os corpos-de-prova rompidos com a velocidade baixa. Analisando a variação da velocidade de aplicação de tensão apresentada na figura 1 percebe-se que o aumento da velocidade de carregamento em 155 % representou um aumento na resistência a compressão dos corpos-de-prova ensaiados.
0 5 10 15 20 25 30 Baixa Alta Velocidade de carregamento R e s is tê nc ia à c om pre s s ã o (M P a )
Figura 2 - Resultados de resistência à compressão para as duas velocidades de aplicação de carga
A incerteza padrão para a velocidade baixa foi de 0,661 e para a velocidade alta foi de 0,455. Percebe-se que a velocidade alta apresenta menor de incerteza medição, o que era de se esperar, pois o desvio experimental para os corpos-de-prova ensaiados a alta velocidade foi de 1,86 enquanto que para os corpos ensaiados a baixa velocidade foi de 3,93, ou seja, quando os corpos foram ensaiados a alta velocidade os resultados obtidos ficaram mais próximos. Acredita-se que esse menor desvio ocasionado pela maior taxa de aplicação da carga se deve pelo menor tempo disponibilizado para a propagação de trincas.
Na tabela 1 são apresentados todos os resultados de resistência à compressão de todos os corpos-de-prova.
Tabela 1 – Resultados de resistência à compressão de todos os corpos-de-prova Velocidades de aplicação de carga Resultados de resistência à compressão (MPa)
Baixa 20,96 20,97 23,53 24,44 24,61 24,87 25,10 25,58 26,81 Alta 23,18 24,16 24,19 24,97 25,43 25,43 25,44 27,09 27,43 Na figura 3 são apresentados os resultados de resistência à compressão em função da velocidade de aplicação da tensão. Nesta figura é possível também observar a linha de tendência dos resultados e a equação da linha de tendência.
y = 2,9303x + 22,546 0 5 10 15 20 25 30 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Velocidade de aplicação de tensão (MPa/s)
R e s is tê nc ia à c om pre s s ã o (M P a ) Figura 3 - Resultados de resistência à compressão para as velocidades de aplicação de
tensão
4 Conclusão
O presente trabalho conclui que a variação na velocidade de carregamento durante o ensaio de resistência à compressão influencia nos resultados obtidos e que se fazem necessários estudos com variações maiores na velocidade de aplicação de carregamento. Foi possível perceber uma tendência do aumento da resistência à compressão encontrada para os corpos-de-prova que passaram por ensaios com maiores velocidades de aplicação de carga.
5 Agradecimentos
Os autores agradecem às agências INMETRO, FAPEMIG, CNPq e CAPES pelo auxílio financeiro e pelas bolsas disponibilizadas para a pesquisa.
6 Referências Bibliográficas
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C 39 - Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. ASTM Committee C09 on Concrete and concrete Aggregates, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5739/1994 – Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. ABNT/CB-18 - Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados, CE-18:301.02 - Comissão de Estudo de Ensaios Mecânicos para Concreto, Rio de Janeiro, 1994.
LIMA, F. B.; BARBOSA, A. H. - Influência do tamanho e do tipo do corpo-de-prova na resistência à compressão do concreto. 44° Congresso Brasileiro do Concreto, IBRACON, Belo Horizonte, 2002.
MARCO, F. F.; REGINATTO, G. M.; JACOSKI, C. A. - Estudo comparativo entre capeamento de neoprene, enxofre e pasta de cimento para corpos-de-prova cilíndricos de concreto. 45° Congresso Brasileiro do Concreto, IBRACON, Vitória, 2003.
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SCANDIUZZI, L.; ANDRIOLO, F. R. Concreto e seus materiais: propriedades e ensaios. Pini, São Paulo, 1986.
