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Revista Pesquisa e Desenvolvimento Engenharia de Produçãon.3, p. 15 – 26, out 2004

A aplicação do ultra-som para verificação da resistência de tração à flexão das

telhas em cerâmica vermelha

Armando Paulo dos Santos Neto, M.Sc.

[email protected] UFF – Universidade Federal Fluminense

Protasio Ferreira e Castro, Ph.D.

[email protected] UFF – Universidade Federal Fluminense

Resumo

Este trabalho é uma contribuição ao estudo da aplicação de ensaios não destrutivos nas telhas em

cerâmica vermelha. Tem como objetivo, correlacionar os dados obtidos no ensaio de ultra-som

com os de tração à flexão. Os ensaios foram realizados no laboratório de materiais de construção

civil da Universidade Federal Fluminense. A análise dos resultados tem como base fundamentos

estatísticos, onde são obtidas as correlações entre os ensaios. Houve correlação entre os dados

obtidos da carga de ruptura à tração e os de ultra-som, como será mostrado neste artigo.

Ensaio não destrutivo, ensaio de ultra-som, resistência de tração à flexão, telha, cerâmica.

The application of ultrasonic test for verification of flexural strength on red

ceramic tiles

Abstract

This work is a contribution to the study of non-destructive test on red ceramic tiles. The

objective is to have a correlation between the results of ultrasonic tests to flexural strength test.

The tests were realized in the Civil Engineering Materials laboratory of Universidade Federal

Fluminense. With the assistance of statistics, it was possible to obtain correlations between the

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mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


tests. There was regression between the flexural strength test to ultrasonic test, that will be show

in this paper.

Non-destructive test, ultrasonic test, flexural strength test, tile, ceramic.

1. Introdução

O uso da cerâmica vermelha como material de construção data de quase cinco mil anos.

Portanto, os produtos com esse material são provavelmente os mais antigos fabricados pelo

homem. Ainda hoje a argila é utilizada como matéria-prima para a fabricação de produtos para

construção, destacando-se entre outros, as telhas, os tijolos, os blocos de alvenaria estrutural e as

manilhas.

O setor da cerâmica vermelha tem aproximadamente o mesmo perfil em praticamente todos os

estados do Brasil. Ele apresenta grande potencial de desenvolvimento, constituído por empresas

de significativa capacidade tecnológica e também de empresas usuárias de técnicas artesanais.

Os problemas enfrentados pelo setor cerâmico brasileiro e o seu reflexo na qualidade dos

produtos disponíveis para o consumidor, principalmente em função de existência de não

conformidade técnica intencional, são critérios que afetam a confiabilidade dos produtores. É

preciso certificar para diferenciar os produtos disponíveis no mercado nacional. A certificação é

uma das maneiras de garantir a conformidade do produto, do serviço ou do sistema de gestão da

empresa, cada vez mais utilizadas no comércio internacional.

Muitas são as barreiras técnicas impostas pelo mercado externo devido à falta de certificação dos

produtos cerâmicos fabricados no Brasil.

A realização de ensaios de laboratório é um dos meios mais freqüentemente usados para avaliar a

conformidade. Tipicamente, os ensaios são efetuados sobre uma amostra do produto e seguem

procedimentos padronizados estabelecidos em normas técnicas.

A aplicação de ensaios não destrutivos em produtos cerâmicos é um dos tópicos abordados na

pesquisa. A técnica de velocidade do pulso ultra-sônico (Ultrasonic Pulse Velocity – UPV) tem

sido utilizada para avaliação da qualidade final dos mais diversos produtos. As vantagens do uso

do ensaio de UPV e os fatores que influenciam seus resultados têm sido amplamente divulgados.

O método de ensaio de propagação do pulso ultra-sônico consiste em medir o tempo necessário

para que uma onda ultra-sônica passe de um ponto a outro de um sólido submetido a ensaio. A

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relação entre a distância geométrica dos dois pontos (L) e o tempo (T) medido para que a onda

ultra-sônica possa percorrê-la, é expressa como velocidade do pulso ultra-sônico (V), resultado

do ensaio realizado no material. Portanto, o ensaio de Pulso Ultra-sônico (UPV) foi desenvolvido

a partir da teoria básica para um sólido elástico uniforme.

A avaliação da conformidade dos produtos por meio de ensaio não destrutivo permitirá rápida

verificação das características mecânicas especificadas, além de determinar a homogeneidade da

produção dos produtos em cerâmica vermelha. Este tipo de ensaio poderá ser utilizado no

processo de avaliação da conformidade destes produtos. Posteriormente, auxiliar a transpor as

barreiras técnicas impostas pelo mercado externo e ajudar no processo de seleção dos mais

diversos tipos de fabricantes pelos consumidores internos.

A pesquisa tem a finalidade de fornecer subsídios no processo de desenvolvimento de futuras

normatizações, visando o atendimento da qualidade necessária do produto cerâmico.

A pesquisa é desenvolvida através de programa laboratorial utilizando ensaios normatizados

referentes aos produtos em cerâmica vermelha e ensaio de pulso ultra-sônico. Os ensaios

experimentais atendem por completo às normas técnicas vigentes de cada produto e equipamento

utilizado na pesquisa.

Com base nos dados obtidos pelo ensaio de ultra-som, são desenvolvidos modelos estatísticos

que correlacionam o ensaio de UPV com o de carga de ruptura de tração à flexão.

2. Programa experimental

O programa experimental foi desenvolvido no laboratório de materiais de construção da

Universidade Federal Fluminense (UFF).

Foram utilizadas telhas em cerâmica vermelha do tipo Francesa, Portuguesa, Romana, Colonial

Capa e Colonial Canal.

As telhas foram nomeadas de acordo com os códigos demonstrados na Tabela 2.1.

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Tabela 2.1 – Nomeação das telhas.

CÓDIGO DAS TELHAS

ROM - Romana

FRA – Francesa

POT – Portuguesa

CCP - Colonial Capa

CCN - Colonial Canal

2.1. Ensaio de pulso ultra-sônico

Todo o ensaio foi realizado de acordo com a NBR 8802. Foram realizados ensaios diretos em

cada telha, sendo três o total de leitura por corpo-de-prova, a fim de se verificar a

homogeneidade do produto em análise.

Os transdutores utilizados tinham o diâmetro de 30 mm, sendo utilizado vaselina como

acoplante.

Com o auxílio de uma trena, foi obtida a distância em milímetros entre os transdutores para cada

corpo-de-prova ensaiado.

Os perfis foram ensaiados secos pela atmosfera local.

Os dados obtidos pelo ensaio, são apresentados na análise dos resultados.

2.2. Determinação da carga de ruptura à flexão

Todos os corpos-de-prova foram ensaiados tendo como base a NBR 6462.

Foram executados três coxins em argamassa de cimento e areia no traço de 1:3, sendo dois nas

extremidades da face inferior e um no centro da face superior, a fim de distribuir os esforços

exercidos pelos dispositivos de flexão. Posteriormente, os coxins foram regularizados com pasta

de gesso.

Após a secagem dos coxins, as telhas foram colocadas por 24 h em imersão num recipiente com

a capacidade de 1000 l, contendo água potável. Após este processo, os corpos-de-prova foram

retirados do recipiente e secos com um pano.

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Posteriormente, foi feita a leitura, através de uma trena, da distância longitudinal entre os coxins

inferiores e o superior. Leitura esta expressa em milímetros.

Foi utilizada uma prensa mecânica com uma velocidade de carregamento na ordem de 1,27 mm /

min, munida de um conjunto anel e extensômetro, cuja constante “K” do anel aferido era de

1,137 Kgf / divisão.

Foram adaptados um cutelo em cada apoio e um no ponto de carregamento com 180 mm de

comprimento. Através desta medida, foi realizada uma distribuição uniforme do carregamento

exercido pela prensa mecânica.

A partir da deformação obtida pelo extensômetro e da constante do anel, foram obtidos os

valores do carregamento em Kgf / mm no momento da ruptura dos perfis. Multiplicando o

comprimento do cutelo pelo carregamento distribuído, foi adquirido o valor da carga concentrada

em Kgf.

Alguns valores foram perdidos no momento do ensaio e outros excluídos devido à discrepância

de valores. Tal procedimento estatístico é demonstrado a seguir.

Todos os valores obtidos no ensaio são apresentados na análise dos resultados.

Com base nos valores obtidos em cada ensaio, foram feitos estudos estatísticos que serão

apresentados e analisados a seguir.

3. Análise dos resultados

Foram utilizados tratamentos estatísticos para melhor avaliar os resultados obtidos nos ensaios

desenvolvidos durante a pesquisa.

Para a análise de regressão, foi adotado um risco de 5 % para a verificação da existência

significativa da correlação.

Com o objetivo de homogeneizar os resultados obtidos no ensaio de ruptura à flexão, foi feita

uma verificação do intervalo de confiança que poderiam conter os resultados de cada tipo de

perfil analisado. Contudo, adotou-se um intervalo de 95 % de confiança para a média amostral.

Foram excluídos os valores considerados discrepantes e válidos os valores dentro do limite de 95

% em torno da média.

Para a obtenção do intervalo de classe para cada conjunto de dados utilizou-se a seguinte

equação:

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ε= sn 1−

. tα, n - 1

Os valores que não pertenciam ao intervalo de classe foram excluídos e uma nova média dos

resultados foi calculada.

3.1. Análise dos dados do ensaio de pulso ultra-sônico

Foram feitas três leituras diretas em cada perfil analisado. A partir destes dados, tirou-se a média,

obtendo assim, um único valor de tempo de propagação da onda de um ponto a outro do corpo-

de-prova. A Figura 3.1 demonstra os pontos onde foram feitas as leituras.

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3

Figura 3.1 – Pontos ensaiados da telha do tipo romana.

Para se obter a velocidade de propagação da onda dos perfis ensaiados, dividiu-se a distância

entre os transdutores pelo tempo.

Os resultados encontrados são apresentados nas Tabelas abaixo.

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Tabela 3.1 – Dados do ensaio de pulso ultra-sônico da telha romana.

Tempo (µs) Telhas

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Média Velocidade (mm/µs)

ROM 01 131,30 135,00 130,70 132,33 3,10

ROM 02 131,00 132,70 135,70 133,13 3,08

ROM 03 134,50 136,50 134,20 135,07 3,04

ROM 04 133,60 133,00 134,00 133,53 3,07

ROM 05 130,70 133,80 133,40 132,63 3,09

Comprimento das telhas : 41,00 cm

Tabela 3.2 – Dados do ensaio de pulso ultra-sônico da telha portuguesa.

Tempo (µs) Telhas


POT 01 150,20 137,20 139,60 142,33 2,74

POT 02 167,40 139,20 137,00 147,87 2,64

POT 03 152,30 148,20 148,00 149,50 2,61

POT 04 138,40 142,40 142,00 140,93 2,77

POT 05 154,70 140,80 139,50 145,00 2,69

POT 06 138,60 143,10 144,70 142,13 2,74


Tabela 3.3 – Dados do ensaio de pulso ultra-sônico da telha francesa.

Tempo (µs) Velocidade (mm/µs) Média Telhas

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 (mm/µs)

FRA 01 198,00 236,20 214,50 2,05 1,91 1,86 1,94

FRA 02 180,80 212,30 186,80 2,24 2,12 2,14 2,17

FRA 03 193,70 232,80 206,40 2,09 1,93 1,94 1,99

FRA 04 199,50 263,20 199,20 2,03 1,71 2,01 1,92

Ponto 1: 40,50 cm

Ponto 2: 45,00 cm Comprimento das telhas

Ponto 3: 40,00 cm

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Tabela 3.4 – Dados do ensaio de pulso ultra-sônico da telha colonial capa.

Tempo (µs) Telhas


CCP 04 179,90 179,30 180,00 179,73 2,61

CCP 05 169,10 169,80 169,90 169,60 2,77

CCP 06 145,50 145,30 153,90 148,23 3,17

CCP 08 167,60 165,80 161,00 164,80 2,85

CCP 09 161,00 184,20 164,00 169,73 2,77


Tabela 3.5 – Dados do ensaio de pulso ultra-sônico da telha colonial canal.

Tempo (µs) Telhas


CCN 01 131,20 129,90 131,60 130,90 3,51

CCN 02 135,00 157,50 123,20 138,57 3,32

CCN 03 134,60 128,40 135,60 132,87 3,46

CCN 04 135,20 148,20 136,00 139,80 3,29

CCN 05 126,00 139,20 145,00 136,73 3,36

CCN 06 142,00 139,60 148,50 143,37 3,21


3.2. Análise dos dados da determinação da carga de ruptura à flexão

Todos os corpos-de-prova foram aprovados, pois todas as cargas de ruptura foram superiores a

da exigida por norma.

Os resultados que apresentaram mais que 5 % das leituras fora do intervalo de cada conjunto de

dados de cada tipo de telha, foram excluídos e uma nova média dos valores foi calculada. As

Tabelas abaixo representam os valores obtidos no ensaio e os seus respectivos tratamentos.

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Tabela 3.6 ana. – Rom Tabela 3.7 – Portuguesa. Tabela 3.8 – Colonial canal.

Telhas Ftf (Kgf)

ROM 01 241,50

ROM 02 317,22

ROM 03 63,44

ROM 04 452,30

ROM 05 394,99

Média 293,89

Desvio Padrão 151,42

504,09 Intervalo

83,69

Média 351,50


520,33 Intervalo

182,68

Telhas Ftf (Kgf)

POT 01 556,68

POT 02 562,82

POT 03 630,35

POT 04 540,30

POT 05 577,14

POT 06 521,88

Média 564,86


607,76 Intervalo

521,97

Média 559,24


587,27 Intervalo

531,20

Telhas Ftf (Kgf)

CCN 01 390,90

CCN 02 112,56

CCN 03 239,45

CCN 04 110,52

CCN 05 55,26

CCN 06 171,91

Média 180,10


319,03 Intervalo

41,17

Média 137,94


235,34 Intervalo

40,54

Média 112,56


200,10 Intervalo

25,02

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Tabela 3.9 – Colonial capa. Tabela 3.10 – Francesa.

Telhas Ftf (Kgf)

CCP 01 290,62

CCP 02 419,55

CCP 03 130,98

CCP 04 200,57

CCP 05 270,15

Média 262,37


412,28 Intervalo

112,46

Média 223,08


356,28 Intervalo

89,88

Telhas Ftf (Kgf)

FRA 01 231,27

FRA 02 141,22

FRA 03 210,80

FRA 04 239,45

Média 205,69


287,70 Intervalo

123,67

3.3. Análise da correlação entre o ensaio de tração à flexão e UPV

Foram realizados três tipos de regressão: linear, logarítmica e exponencial. Este procedimento

teve o intuito de caracterizar qual o tipo de função que melhor se ajustaria às correlações

executadas.

Para todos os casos houve regressão.

A Tabela 3.11, demonstra as equações e os erros padrão obtidos nas correlações obtidas.

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Tabela 3.11 – Equações e erros padrão para cada tipo de telha analisada. Regressão Linear Regressão Logarítmica Regressão Exponencial

Telha Erro

Padrão Equação

Erro

PadrãoEquação

Erro

Padrão Equação

Francesa 0,6482 y= -391,94x + 991,53 1,0115 y= -1,8963Ln(x) + 3,62 1,0115 y= 12,06e-0,4102x

Romana 70,5210 y= -5546,30x + 17462 1,2323 y= -22,277Ln(x) + 27,63 1,2324 y= 41427e-2,8748x

Portuguesa 13,4133 y= -185,90x + 1063 1,0242 y= -0,3906Ln(x) + 3,14 1,0242 y= 7,30e-0,053x

Colonial

capa 23,1590 y= -297,16x + 1070 1,1063 y= -1,8783Ln(x) + 4,29 1,1064 y= 12,06e-0,285x

Colonial

canal 13,8772 y= -728,93x + 2513,80 1,2424 y= -9,7172Ln(x) + 13,60 1,2424 y= 622,88e-1,4881x

A partir destas análises, se obtém com bastante significância, modelos estatísticos de correlação

entre a carga de ruptura à flexão e o pulso ultra-sônico.

Vale ressaltar que os modelos obtidos são estatísticos e não determinísticos. Neste caso, não

pode haver extrapolações nos dados de entrada dos mesmos.

4. Conclusão

O objetivo deste artigo foi fornecer subsídios para a utilização de um ensaio não destrutivo, neste

caso o ultra-som, em telhas.

Por ser um equipamento de fácil manuseio, tal método de ensaio proporcionaria uma rápida

verificação da resistência mecânica das telhas.

A potencialidade da utilização do UPV nas telhas em cerâmica vermelha, foi evidenciada através

da correlação entre os dados do mesmo com os da carga de ruptura de tração à flexão.

Obtiveram-se modelos estatísticos que devem ser aprofundados e aperfeiçoados por outras

pesquisas. Portanto, com o auxílio do UPV, se poderá obter a resistência das telhas sem que seja

necessário rompê-las.

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Referências

SISBATEC - Sistema de Informações sobre Barreiras Técnicas às Exportações Brasileiras.

Barreiras Técnicas. Out. 2002.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – Telha Cerâmica Tipo Francesa: NBR-

7172. 1987.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – Telha Cerâmica Tipo Francesa –

Determinação da Carga de Ruptura à Flexão: NBR-6462. 1987.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – Telha Cerâmica Tipo Francesa – Forma e

Dimensão: NBR-8038. 1987.

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – Concreto Endurecido – Determinação da

Velocidade de Propagação de Onda Ultra-Sônica: NBR-8802. 1994.

Bungey, J. H. The Testing of Concrete in Structures. New York: Surrey University Press, 1982.

Meyer, Paul L. Probabilidade – Aplicações à Estatística. 2ª edição. Rio de Janeiro: Livros

Técnicos e Científicos Editora, 1995.

Spiegel, Murray R. – Estatística. Tradução e revisão técnica Pedro Consentino. 3ª edição. São

Paulo: Makron Books, 1993.

Telha Cerâmica Tipo Romana, obtido via internet. http://www.inmetro.gov.br/cosumidor/produtos/telha.asp.

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http://www.inmetro.gov.br/cosumidor/produtos/telha.asp

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