ESTUDO DO ENSAIO BRASILEIRO APLICADO AO CONCRETO ATRAVÉS DA TÉCNICA DE CORRELAÇÃO DIGITAL DE IMAGENS

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(1)ESTUDO DO ENSAIO BRASILEIRO APLICADO AO CONCRETO ATRAVÉS DA TÉCNICA DE CORRELAÇÃO DIGITAL DE IMAGENS. Francisco Junior Keche dos Santos 1 Matthews Vargas Vaucher Bandeira 2 Luis Eduardo Kosteski 3. Resumo: O ensaio brasileiro é o método mais popular de caracterização da resistência à tração do concreto, principalmente por ser de fácil execução e por utilizar os mesmos equipamentos que o ensaio de compressão axial. Este método consiste em comprimir um cilindro do material estudado até a sua ruptura por uma fissura centralizada, a qual é atribuída à tensão de tração causada por uma força pontual, embora a largura de aplicação do carregamento, na prática, influencie na distribuição das tensões no espécime. Além disso, a normativa que rege o ensaio brasileiro para o concreto determina a utilização de uma tira de madeira na borda de aplicação da carga, e esta exigência resulta numa carga distribuída, contrastando com a teoria. Para compreender mais profundamente a influência deste elemento, este estudo realiza a avaliação na variação da resistência obtida pela formulação teórica com a utilização de diferentes geometrias da tira, usando tiras com superfície plana e côncava e diferentes larguras, além da substituição do seu material constituinte, a madeira, por aço. Também é analisado o início da fissura no espécime a partir da filmagem, processamento e correlação digital de imagens obtidas dos ensaios experimentais e com o uso do software GOM Correlate. Com os resultados obtidos, foi possível observar que as tiras côncavas metálicas acabaram por causar o cisalhamento na região da borda do espécime, fazendo com que a resistência obtida fosse significativamente inferior à obtida com as tiras de madeira, principalmente para as menores larguras. No caso da madeira, não foi observada uma grande variação na resistência com o aumento da largura da tira, pois, como observado nas imagens e pela sua correlação digital, o comprimento de contato efetivo das tiras é praticamente o mesmo em todos os casos, o que é resultado da deformação da madeira. Ainda, foi observado que as fissuras responsáveis pela ruptura do espécime no ensaio brasileiro, na maioria dos casos, se iniciavam na região próxima à borda e, portanto, discordando do que é pressuposto pela teoria da elasticidade. Com as análises realizadas, também foi possível concluir que a técnica de correlação digital de imagens é uma ferramenta útil para uma melhor compreensão do comportamento mecânico do concreto, sendo recomendado o seu uso também para o estudo de outros materiais..

(2) Palavras-chave: Ensaio brasileiro; Resistência à tração; Tira de madeira; Correlação digital de imagens. Modalidade de Participação: Pesquisador. ESTUDO DO ENSAIO BRASILEIRO APLICADO AO CONCRETO ATRAVÉS DA TÉCNICA DE CORRELAÇÃO DIGITAL DE IMAGENS 1 Aluno de graduação. franciscojr.keche@gmail.com. Autor principal 2 Aluno de graduação. matthewsvvbandeira@gmail.com. Co-autor 3 Docente. luiskosteski@gmail.com. Co-orientador. Anais do 9º SALÃO INTERNACIONAL DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO - SIEPE Universidade Federal do Pampa | Santana do Livramento, 21 a 23 de novembro de 2017.

(3) ESTUDO DO ENSAIO BRASILEIRO APLICADO AO CONCRETO ATRAVÉS DA TÉCNICA DE CORRELAÇÃO DIGITAL DE IMAGENS 1. INTRODUÇÃO A resistência à tração do concreto é um parâmetro de grande importância, uma vez que está associada ao surgimento de fissuras, principalmente em idades iniciais de cura dos elementos constituídos por este material, o que pode afetar negativamente na sua durabilidade e segurança. Contudo, os ensaios para caracterização da resistência à tração do concreto são bastante distintos e fornecem resultados que discordam entre si, embora o mais popular deles, o ensaio brasileiro ou o ensaio de compressão diametral, como também é conhecido, mostre-se de fácil execução e forneça um valor confiável segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), a qual estabelece que a resistência à tração do concreto (B?P) pode ser considerada como 90% do resultado obtido neste ensaio (B?Pá OL). O seu método de execução consiste basicamente na compressão ao longo de duas linhas diametralmente opostas ao longo do comprimento de um cilindro de concreto até o seu rompimento por uma fissura central, formando um plano que interliga os pontos de carregamento. Ainda, devem ser utilizados elementos de distribuição da carga na região de contato com o espécime, os quais devem ser constituídos de madeira de consistência dura e com uma largura (>) de dimensão equivalente à 15±1 % em relação ao diâmetro do cilindro (@), sendo que este método de ensaio é padronizado pela NBR 7222 (ABNT, 2011) para o caso de concreto e argamassas. Na Figura 1 é mostrado o esquema de execução conforme a normativa.. Figura 1: Esquema do ensaio brasileiro segundo à NBR 7222 (ABNT, 2011, p. 3) A ruptura, segundo a teoria da elasticidade, é resultado de uma tensão de tração uniforme ao longo do plano vertical do espécime e, portanto, perpendicular ao eixo de carregamento, o que resultaria na fissura centralizada observada. Entretanto, no trabalho de Li e Wong (2013), é concluído que a tensão máxima na realidade estaria localizada próxima à borda do espécime, o que resultaria numa fissura com início na região de carregamento em direção ao centro do cilindro. Já nos estudos de Markides e Kourkoulis (2012) é concluído que o ensaio brasileiro pode ser considerado representativo desde que seja garantida a fissura centralizada, pois as tensões na borda de carregamento também são influenciadas pelo atrito..

(4) Além disso, o valor da tensão de tração no ensaio é determinado com a aplicação de uma formulação que considera uma força concentrada, embora seja evidenciado nos estudos de Hondros (1959) que a variação da largura de aplicação da carga influencia na distribuição das tensões no cilindro, de maneira que quanto maior o ângulo central formado pela largura de contato, maior a influência. No estudo de Tang (1994), é concluído que a largura padronizada (15%) induz um erro de aproximadamente 4% no valor da real tensão solicitante. Ainda, com a utilização do elemento de madeira, é observada uma deformação ao longo do ensaio de maneira que a largura > não é equivalente à largura de contato e aplicação da carga. Dessa maneira, este estudo busca uma melhor interpretação da influência do elemento utilizado na borda de carregamento do ensaio brasileiro aplicado ao concreto, realizando para isso a avaliação na variação da resistência obtida pela formulação teórica com a utilização de diferentes geometrias deste elemento, usando tiras com superfície plana e côncava e diferentes larguras, além da substituição do seu material constituinte, a madeira, por aço. Também é analisado o início da fissura no espécime a partir da filmagem, processamento e correlação digital de imagens dos ensaios experimentais, com o uso do software GOM Correlate. 2. METODOLOGIA Para a realização deste estudo foi realizada a moldagem de um lote de 30 corpos de prova cilíndricos, os quais foram confeccionados com um concreto convencional, produzido com pedriscos britados, areia natural de rio, cimento Portland CPV-ARI, água potável e superplastificante. Foram utilizados moldes metálicos de dimensões padronizadas (200 mm de altura por 100 mm de diâmetro), dos quais foram desmoldados os cilindros após 24 horas e colocados então para cura em câmara úmida até a execução dos ensaios. Dos espécimes produzidos, foram utilizadas 3 unidades para a caracterização do concreto quanto sua resistência à compressão (B?), sendo para tanto executados ensaios de compressão axial com a utilização de extensômetros para leitura das deformações e, assim, construindo a curva tensão versus deformação do material, como podem ser observados na Figura 2, resultando no valor de B? = 47,5 MPa e um módulo de elasticidade inicial ' = 32 GPa. 50. fc (MPa). 40 30 20 CP1. 10. CP2. CP3. 0 a. b. 0,00. 0,10. 19. 0,20. 0,30. Figura 2: (a) Ensaio de compressão axial; (b) Curva tensão versus deformação.

(5) Os demais espécimes foram empregados no ensaio brasileiro, para os quais foram utilizadas tiras de contato de madeira e metálicas, sendo as do primeiro caso de geometria plana e as do segundo com uma concavidade de raio igual ao do espécime, promovendo o encaixe dos elementos. As proporções analisadas das larguras das tiras em relação ao diâmetro dos cilindros (>/@) foram de 0.10, 0.15 e 0.20, e no caso das tiras de madeira, foram confeccionados pares de tiras suficientes para a execução de todos os ensaios, pois estas não podem ser reutilizadas. Os espécimes usados foram preparados com um padrão de pontos produzido com tinta branca e tinta preta em aerossol, e os ensaios foram filmados com uma câmera digital de alta resolução (1920 x 1080 pixels) para a posterior correlação digital no software GOM Correlate. Na Figura 3, em (a) são ilustradas as tiras e em (b) a fixação da câmera.. b. a. Figura 3: (a) Tiras estudadas; (b) Fixação da câmera para filmagem dos ensaios 3. RESULTADOS e DISCUSSÃO Os resultados obtidos no ensaio brasileiro são apresentados na Tabela 1. Tabela 1: Resultados da resistência à tração no ensaio brasileiro Tira de madeira Tira metálica fct,sp (MPa) fct,sp (MPa) b/d CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 Média CP1 CP2 CP3 CP4 Média 0,10 3,63 4,78 4,95 4,54 3,98 4,37 3,77 3,26 3,19 2,84 3,26 0,15 4,01 3,96 4,89 4,23 4,59 4,34 3,51 4,49 4,07 3,20 3,82 0,20 3,82 4,81 4,59 5,02 4,51 4,55 3,99 4,72 4,75 5,40 4,72 É possível perceber que o número de amostras utilizadas para as tiras metálicas é inferior, pois neste caso a ruptura foi influenciada pelo cisalhamento das bordas, e então foi decidido que estes espécimes seriam utilizados para a verificação adicional de uma câmera de resolução superior (3840 x 2160 pixels), observando que este parâmetro não prejudicou a captação das fissuras no caso da câmera de resolução inferior. Com os valores médios obtidos nos ensaios foi construído o gráfico da Figura X em (a), onde nota-se a grande variação para as tiras metálicas, em parte pelo cisalhamento inesperado, ilustrado em (b). Também é possível observar que mesmo com o aumento na largura > das tiras de madeira, o valor médio de B?Pá OL permaneceu.

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(7) 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS A variação da resistência à tração (B?Pá OL) para as tiras metálicas curvadas foi elevada, entretanto, na região de contato ocorreu um cisalhamento crítico devido ao contato da extremidade da tira com a superfície de concreto, o que resultou numa ruptura prematura principalmente para as larguras inferiores. Deste fato, é possível concluir que a utilização de tiras metálicas com concavidade igual à curvatura do espécime e com larguras nas proporções de 0.10 e 0.15 não é aconselhável na caracterização do concreto pois subestima sua resistência. Entretanto, recomenda-se que em estudos futuros sejam investigadas tiras com as bordas suavizadas e se ainda assim ocorre o cisalhamento e, em caso contrário, se o B?Pá OL obtido é coerente. Também é notável que com a utilização da mesma largura de tira de apoio, houve uma grande variação nos resultados, como por exemplo no caso das tiras de proporção > @ = 0,15, recomendada pela NBR 7222 (ABNT, 2011), para a qual obteve-se um CV de 9,22%. Isso é explicado pelo fato de que o próprio ajuste do corpo de prova na máquina de ensaio também pode influenciar no resultado, pois interfere na distribuição do carregamento na madeira. Além disso, foi observado que a forma de ruptura do espécime também varia dentro de um mesmo caso estudado, e que esta também não está totalmente relacionada ao carregamento máximo resistido. Uma explicação para tal aleatoriedade pode ser a distribuição não uniforme dos agregados na matriz do concreto e a escala pequena dos espécimes utilizados. Por fim, com a aplicação da correlação digital de imagens foi possível identificar que na maioria dos casos a ruptura se deu por mais de uma fissura, o que é corroborado pelo estudo de Li e Wong (2013), além de que no caso das tiras de madeira, a largura deformada permanece praticamente inalterada mesmo com o aumento na proporção > @, o que explica a pouca influência deste parâmetro nos resultados obtidos. Assim, a técnica de correlação de imagens mostrou-se útil para a identificação da propagação das fissuras, o que auxilia no estudo e compreensão do comportamento mecânico do concreto, e neste caso do elemento de madeira. 5. REFERÊNCIAS ABNT- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. _____. NBR 7222: Concreto e argamassa - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2011. HONDROS, G. The evaluation of PoissoQ¶V UDWLR DQG WKH PRGXOXV RI PDWHULDOV RI D ORZ tensile resistance by the Brazilian (indirect tensile) test with particular reference to concrete. Australian Journal of Applied Science, v. 10, n. 3, p. 243-268, 1959. LI, D.; WONG, L. N. Y. The Brazilian Disc Test for Rock Mechanics Applications: Review and New Insights. Rock Mechanics and Rock Engineering, v. 46, n. 2, p. 269287, Mar. 2013. MARKIDES, Ch. F.; KOURKOULIS, S. K. The Stress Field in a Standardized Brazilian Disc: The Influence of the Loading Type Acting on the Actual Contact Length. Rock Mechanics and Rock Engineering, v. 45, n. 2, p. 145-158. Mar. 2012. TANG, T. Effects of Load-Distributed Width on Split Tension of Unnotched and Notched Cylindrical Specimens. Journal of Testing and Evaluation, v. 22, n. 5, p. 401409, Set. 1994..

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