Testes de compressão em concreto endurecido
Fonte: Roberto Leon, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Há duas etapas distintas em um projeto de construção…
Teste de compressão
- Remova os cilindros de concreto da área de armazenamento ou da sala de cura, e seque os cilindros.
- Selecione seis cilindros para este teste e meça o diâmetro de cada um dos cilindros.
- Certifique-se de que as extremidades dos cilindros estão o mais nivelados possível. Como a parte superior dos cilindros provavelmente não é muito plana, deve-se (a) moer as extremidades do cilindro de concreto com a pedra de esfregar de um pedreiro para remover irregularidades superficiais e lançar uma tampa asfáltica em ambas as extremidades do cilindro, ou (b) colocar uma tampa final de neoprene em cada extremidade. Neste laboratório, usaremos tampas finais de neoprene, pois este método é de longe o mais simples. No entanto, mesmo usando essa técnica, as principais imperfeições da superfície devem ser removidas com antecedência.
- Aplique a carga compressiva lentamente e continuamente até que a carga máxima seja atingida. A taxa de carregamento deve ser entre 20 psi e 50 psi por segundo (150 lb. a 300 lb. por segundo). A falha do cilindro é iminente durante o teste quando o indicador de carga desacelera e finalmente pára. Deixe que a carga compressiva continue até que o cilindro seja esmagado. Examine minuciosamente o tipo de falha do cilindro.
- Regissua a carga máxima e determine a força compressiva para cada amostra testada.
Determinando o Módulo de Young
- Para um dos testes de compressão do cilindro, instale um compressômetro ao redor do cilindro seguindo as etapas 2.2 a 2.10.
- Desaparafusar os sete parafusos de contato (2 no anel de bloqueio superior, 3 no anel de bloqueio inferior e 2 no anel médio) até que os pontos estejam alinhados com a superfície interna dos anéis.
- Coloque o compressômetro sobre o espécime de concreto que localiza o espécime no centro do anel.
- Coloque três blocos de comprimento iguais sob o anel inferior. O comprimento dos blocos (cilindros) deve ser vertical para fornecer a altura correta.
- Aperte manualmente os 3 parafusos de contato no anel de bloqueio inferior e os 2 parafusos de contato no anel superior contra a amostra.
- Aperte manualmente os 2 parafusos de contato no anel médio certificando-se de que a haste vertical do indicador de discagem de tensão axial esteja no meio do caminho entre as duas porções do anel médio.
- Remova as hastes de dois espaçadores.
- Remova os três blocos de metal sob o anel inferior.
- Zerar o indicador de discagem de tensão axial com a haste próxima à posição totalmente estendida.
- Zero o indicador de discagem de tensão diamétrica com sua haste perto da posição totalmente empurrada.
- Aplique uma série de cargas em etapas de cerca de 10.000 libras., até cerca de 60.000 libras. A cada etapa de carga, registe as deformações longitudinais e aro.
Demonstração do Martelo de Schmidt
- Marque uma grade de 2 pés x 2 pés em uma laje de concreto, cobrindo uma área de 10 pés x 10 pés. Selecione uma superfície de concreto lisa, seca e com pelo menos 4 polegadas (ou 102 mm) de espessura.
- Em cada ponto da grade, conduza e registra um teste de martelo de rebote de Schmidt, conforme dado nas Etapas 3.3 a 3.4.
- Antes que o martelo possa ser usado para testes, o pistão deve ser liberado do martelo na posição de teste. Se o pistão não for estendido, coloque a extremidade do pistão contra uma superfície rígida e pressione suavemente o martelo de Schmidt firmemente contra a superfície. Você ouvirá um clique, e o pistão se estenderá até a posição de teste.
- Pressione suavemente o Martelo de Rebote contra a superfície de concreto a ser testado. Quando o pistão é pressionado todo o caminho para o Rebound Hammer, continue a empurrar mais forte até ouvir um barulho. Mantenha o Martelo de Rebotes firmemente pressionado contra a superfície de concreto e leia o número de rebote na escala.
- Calcule o desvio médio e padrão para este conjunto de medições.
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A resistência do concreto utilizado em estruturas é avaliada por meio de ensaios de compressão para atender a requisitos específicos após a instalação e também para monitorar a qualidade ao longo da vida útil do projeto.
Quando o concreto é derramado em uma forma, ele começa a endurecer e endurecer. O concreto atingirá sua resistência e rigidez de projeto 14 a 28 dias após a fundição. Os cilindros de teste de concreto são moldados ao mesmo tempo em que o concreto é colocado no lugar. Essas amostras são testadas para determinar a resistência e rigidez do concreto.
Neste experimento, testaremos a resistência à compressão de 28 dias do concreto. E use um teste não destrutivo simples de resistência do concreto in-situ.
Assim que o concreto é colocado, o processo de hidratação começa com a dissolução do cimento em água. O que leva a uma saturação de íons na solução. Em poucas horas, os cristais se formam e o espaço é ocupado pelo cimento, o que dará ao material sua estrutura final. A resistência do concreto curado é afetada pelo design misto, pela temperatura e umidade de cura e pela uniformidade do produto. Para medir essa resistência, é usada uma máquina de teste hidráulico.
Um dispositivo chamado compressômetro é anexado ao corpo de prova para permitir cálculos do módulo de Young e do coeficiente de Poisson. A temperatura e a umidade durante o armazenamento, a condição do corpo de prova durante o teste e a maneira como o teste é realizado são fatores que afetam os resultados do teste e devem ser controlados. Embora os testes de cilindro sejam úteis para determinar a resistência do concreto entregue no local, os testes in-situ são utilizados para avaliar a qualidade no local ao longo da vida útil da estrutura.
Para isso, o teste de martelo Schmidt dispara um peso de aço na superfície do concreto. A distância que o aço rebate é medida e relacionada à resistência do material. As medições podem ser feitas em uma superfície ou em várias superfícies para avaliar a consistência do concreto.
Na próxima seção, mediremos a resistência à compressão dos corpos de prova e observaremos seu modo de falha. Também demonstraremos o uso do teste do martelo Schmidt para indicar a resistência do material.
Os testes de compressão serão realizados usando uma máquina de teste hidráulica. Para esses testes, a capacidade de carga deve ser muito alta para testar concretos de alta resistência. Remova o cilindro de concreto do molde e seque sua superfície para preparar a amostra para teste.
Em seguida, inspecione o cilindro de concreto e remova quaisquer imperfeições superficiais importantes de suas extremidades usando uma lima. Depois que cada extremidade estiver preparada, aplique uma touca de neoprene para garantir que as pontas fiquem o mais planas e niveladas possível. Centralize a amostra na máquina de teste hidráulico e, em seguida, aplique a carga compressiva lenta e continuamente a uma taxa entre 20 a 50 psi por segundo. Deixe a carga aumentar até que o máximo seja atingido e o cilindro seja esmagado.
A falha é iminente quando o indicador de carga desacelera e finalmente para. Quando o teste estiver concluído, registre a carga máxima e, em seguida, examine de perto o tipo de falha no cilindro de concreto. Determine a resistência à compressão da amostra e registre o modo de fratura. Repetir este ensaio para quatro dos cinco provetes restantes. Para o corpo de prova final, instale um compressômetro para que o módulo de Young e o coeficiente de Poisson possam ser determinados para esta mistura de concreto.
Primeiro, desaperte todos os sete parafusos de contato até que as pontas estejam niveladas com a superfície interna dos anéis. Agora, coloque o compressômetro sobre o cilindro de concreto e sustente-o com três espaçadores de altura igual para centralizá-lo verticalmente com a amostra. Aperte manualmente os três parafusos de contato no anel inferior e os dois no anel superior para prender a amostra concentricamente no compressômetro.
Quando a amostra estiver presa, aperte manualmente os dois parafusos de contatos finais no anel do meio. Verifique se a haste vertical do mostrador de deformação axial está a meio caminho entre as duas partes do anel do meio. Confirme se a haste do relógio comparador axial está quase totalmente estendida e se a haste do relógio comparador diametral está quase totalmente retraída.
Por fim, remova as duas hastes espaçadoras das laterais e a terceira haste localizada no anel central. Levante o conjunto segurando a amostra e coloque-a cuidadosamente na máquina de teste hidráulico e, em seguida, zere os dois relógios comparadores. Aplique uma série de cargas em etapas de 10.000 libras até um máximo de 60.000 libras. Em cada carga, registre as deformações longitudinais e do aro, conforme indicado nos relógios comparadores.
Encontre uma superfície de concreto lisa, seca e com pelo menos dez centímetros de espessura e marque uma grade de 2 pés por 2 pés, cobrindo uma área total de 10 pés por 10 pés. Se o pistão do martelo Schmidt não estiver estendido, coloque a extremidade contra uma superfície rígida e pressione suavemente até ouvir um clique. O pistão se estenderá conforme você puxa o martelo para longe da superfície.
Agora, pressione suavemente o martelo contra o primeiro ponto da grade marcado na superfície do concreto. Continue a empurrar até ouvir um som de chocalho. Leia o número de rebote na escala e, em seguida, puxe o martelo para longe da superfície. Repita essa medição em cada ponto da grade marcado na superfície e, em seguida, calcule a média e o desvio padrão para todo o conjunto de medições.
Os cilindros em compressão tendiam a falhar ao longo de um plano inclinado em cerca de 45 graus. Esta característica indica que a falha não foi causada por esmagamento por compressão pura do cilindro, mas sim por forças de cisalhamento ou, mais precisamente, por tensões de tensão de divisão.
A média das leituras do martelo Schmidt foi de 32,4 com um desvio padrão de 1,3, que se correlaciona com uma resistência in-situ de 4.650 psi com base na calibração para testes paralelos de cilindros de laboratório.
Agora que você aprecia os métodos de teste de resistência para estruturas de concreto, vamos dar uma olhada em como eles são aplicados para garantir a qualidade das estruturas em nosso mundo.
Em pontes mais antigas, o aumento dos requisitos de carga pode exigir testes de resistência do concreto. Nesses casos, os núcleos são extraídos de estruturas existentes e testados em laboratório para determinar se a estrutura pode suportar cargas maiores do que as inicialmente projetadas.
Entre o teste de núcleo in-situ mais destrutivo, mas muito preciso, e o teste de martelo Schmidt não destrutivo, mas menos preciso, está a sonda Windsor. Neste teste, as sondas são disparadas na superfície do concreto e a profundidade de penetração é medida para determinar a resistência do concreto.
Você acabou de assistir à introdução da JoVE aos testes de compressão em concreto endurecido. Agora você deve entender o teste de núcleo e o teste de martelo Schmidt de concreto.
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Q1: When does concrete achieve its design strength after casting?
Concrete achieves its design strength and stiffness 14 to 28 days after casting. During this period, the hydration process continues as cement dissolves in water, forming crystals that give the material its final structure. Test cylinders cast at the same time as placement are tested to verify the concrete meets strength requirements.
Q2: What factors affect the strength of cured concrete?
Concrete strength is affected by the mixed design, curing temperature and humidity, and uniformity of the product. Additionally, temperature and humidity during storage, specimen condition during testing, and the testing procedure itself all influence results and must be carefully controlled to ensure accurate strength measurements.
Q3: How is Young's modulus determined in concrete compression testing?
A device called a compressometer is attached to the test specimen to measure longitudinal and hoop deformations at specific load increments. By recording these deformations using dial indicators at loads up to 60,000 pounds, engineers can calculate Young's modulus and Poisson's ratio, which describe the material's elasticity and stress-strain behavior.
Q4: What does the failure pattern of concrete cylinders reveal about the failure mechanism?
Concrete cylinders typically fail along an inclined plane at roughly 45 degrees, indicating that failure is driven by shear forces and splitting tension stresses rather than pure compression crushing. This failure mode reveals the complex stress state within the material during compression testing.
Q5: How does the Schmidt hammer test evaluate concrete strength in place?
The Schmidt hammer shoots a steel weight at the concrete surface and measures the rebound distance, which correlates to material strength. Measurements are taken across a grid pattern on the surface, and the average rebound number is related to in-situ strength through calibration with laboratory cylinder tests.
Q6: What preparation steps are required before testing a concrete cylinder in compression?
Remove the concrete cylinder from the mold and dry its surface. Inspect the cylinder and use a file to remove major surface imperfections from its ends. Apply a neoprene cap to each end to ensure they are flat and level, then center the specimen in the hydraulic testing machine before applying load.
Q7: Why is in-situ concrete testing used alongside laboratory cylinder tests?
While cylinder tests determine the strength of concrete delivered to the site, in-situ testing evaluates quality in place over the structure's lifespan. Non-destructive methods like the Schmidt hammer allow engineers to assess concrete consistency across multiple surfaces without damaging the structure, providing ongoing quality assurance.