ASTM D3039: ensaio de tração de compósitos, corpo de prova com tabs, módulo de corda e modos de falha

A ASTM D3039/D3039M é o método da ASTM International para medir a resistência à tração, o módulo de corda entre 1.000 e 3.000 µε, a deformação última e o coeficiente de Poisson de compósitos de matriz polimérica (PMC) reforçados por fibras de alto módulo, ensaiados em tira retangular com tabs a 2 mm/min. A edição vigente é a D3039/D3039M-17(2025), reaprovada em 2025 sem mudança técnica. O título oficial é Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. A tira tem seção retangular constante, com tabs (também chamados de abas ou talões) colados nas pontas, e o ensaio entrega a resistência à tração última, F^tu = P_máx / A, a deformação última, o módulo de elasticidade de corda, o coeficiente de Poisson e a deformação de transição.

Em resumo:

• Escopo: laminados de fibra contínua ou descontínua, balanceados e simétricos em relação à direção do ensaio: unidirecionais a 0° e a 90°, laminados cruzados, tecidos e mantas.
• Corpo de prova: tira reta, sem a gravata dos plásticos. Recomendado a 0°: 250 × 15 × 1,0 mm com tabs de 56 mm.
• Módulo: de corda, Δσ entre 1.000 e 3.000 µε dividido por 0,002, medido com extensômetro ou strain gauge, nunca com o deslocamento da travessa.
• Validade: o modo de falha é registrado com um código de três letras, e rupturas recorrentes junto ao tab indicam problema de fixação, não resistência do material.
• Não é a ISO 527-4 nem a ISO 527-5: corpos de prova e faixa do módulo diferem, e os números das duas famílias não são intercambiáveis.

A norma é paga e vendida pela ASTM. Este guia a explica com palavras próprias, para o laboratório que vai aplicá-la e para quem vai comprar o equipamento, com os requisitos numéricos essenciais e a fonte de cada um.

O que a ASTM D3039 cobre e qual a edição vigente

O ensaio de tração em compósitos é um ensaio mecânico destrutivo que mede a resistência e a rigidez de um laminado de fibra e resina, como o plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) ou com fibra de vidro (GFRP). Como todo ensaio de tração, ele aplica ao corpo de prova uma força axial crescente, a velocidade controlada, até a ruptura, e registra força e deformação. A D3039 adapta esse ensaio a um material que não se comporta como metal nem como plástico: um compósito de fibra longa é muito rígido e resistente na direção das fibras, fraco na direção transversal, rompe de forma frágil e é sensível a qualquer concentração de tensão introduzida pela garra. Quase todas as exigências da norma nascem dessas quatro características.

Segundo a página oficial da norma, conferida em 01/10/2026 em store.astm.org, a designação vigente é a D3039/D3039M-17(2025), ativa, com 13 páginas, sob responsabilidade do subcomitê D30.04 da ASTM. O número entre parênteses indica a reaprovação de 2025 do texto de 2017. A designação dupla significa que a norma traz os valores em unidades do SI e em unidades inglesas, como dois sistemas independentes: o laudo usa um deles, sem misturar.

O escopo é delimitado por três condições:

• Matriz polimérica, termofixa (epóxi, poliéster, éster-vinílica) ou termoplástica.
• Fibra de alto módulo, como carbono, vidro e aramida, contínua ou descontínua.
• Laminado balanceado e simétrico em relação à direção do ensaio. Balanceado quer dizer que, para cada camada a +θ, existe uma a −θ; simétrico, que a sequência de camadas se espelha em relação ao plano médio. Um laminado sem essas propriedades torce ou flete quando tracionado, e a tira deixa de estar em tração pura.

Ficam de fora os materiais que têm norma própria. Plásticos sem reforço ou reforçados com fibra curta, moldados por injeção, seguem a ASTM D638, com corpo de prova em gravata. Borracha vulcanizada e elastômeros termoplásticos seguem a ASTM D412. Metais seguem a ASTM E8/E8M ou a ISO 6892-1, tratadas no guia ASTM E8 e ISO 6892-1. Dentro da própria família de compósitos, a resistência ao cisalhamento no plano medida em laminado de ±45° segue a ASTM D3518/D3518M, e a compressão, a flexão e o cisalhamento interlaminar têm normas irmãs, listadas no fim deste guia.

O corpo de prova: tira retangular com tabs

O corpo de prova da D3039 é uma tira plana, de largura e espessura constantes em todo o comprimento, cortada de uma placa laminada. As pontas, que vão para as garras, recebem em geral tabs (talões): plaquetas coladas que protegem o laminado do aperto e distribuem a força. No meio fica a base de medida, onde se instala o extensômetro ou o strain gauge e onde a ruptura deve acontecer. A ideia geral de corpo de prova, com os formatos de outros materiais, está no artigo corpo de prova.

Por que a tira é reta, sem gravata

Nos metais e nos plásticos, o corpo de prova tem a seção central reduzida para que a ruptura aconteça longe da garra. Num compósito de fibra contínua, o rebaixo seria usinado através das fibras. Cada fibra cortada na concordância perde a continuidade com a cabeça do corpo de prova, e a força que ela carregava tem de passar para as fibras vizinhas por cisalhamento da matriz, que é muito mais fraca. A tensão se concentra justamente no raio de concordância, e a ruptura começa ali, por um mecanismo que não existe na peça real. A tira reta mantém as fibras inteiras de uma garra à outra; o preço é que a introdução da força fica a cargo dos tabs, e a qualidade deles passa a decidir a validade do ensaio.

Dimensões recomendadas por orientação

A norma não tem um tamanho único. Ela fixa requisitos gerais para o corpo de prova e recomenda geometrias por tipo de laminado, porque a largura, a espessura e o tab que funcionam bem dependem da orientação das fibras. O esquema abaixo mostra as três geometrias recomendadas na mesma escala de comprimento e largura, com a espessura ampliada na vista lateral: o 0° é longo e estreito, com tabs chanfrados; o 90° é mais curto e largo, com tabs retos; o laminado balanceado dispensa tab colado.

A tabela resume as geometrias recomendadas, em milímetros. No 0°, os tabs de 56 mm deixam 250 − 2 × 56 = 138 mm de trecho livre; no 90°, sobram 175 − 2 × 25 = 125 mm:

Laminado	Largura × comprimento × espessura	Tab (comprimento × espessura, chanfro)
0° unidirecional	15 × 250 × 1,0	56 × 1,5, chanfro de 7° ou reto
90° unidirecional	25 × 175 × 2,0	25 × 1,5, reto (90°)
Balanceado e simétrico	25 × 250 × 2,5	sem tab colado; lixa na garra
Descontínuo aleatório	25 × 250 × 2,5	sem tab colado; lixa na garra

Fontes: tabela de geometrias recomendadas da D3039/D3039M (conferida na edição de 2014, mantida em 2017) e laboratório Grasse Zur, que aplica a norma.

Tabs: material, chanfro e colagem

O tab mais usado é uma plaqueta de laminado de vidro/epóxi com as fibras a ±45°, colada com adesivo estrutural. O vidro a ±45° tem rigidez baixa na direção da força, o que faz o tab acompanhar a deformação do corpo de prova em vez de travá-lo, e resiste bem à serrilha da garra. A norma aceita chanfro de 5° a 90°, mas registra que, com garra de cunha, os melhores resultados vêm de chanfros baixos, de 7° a 10°: a espessura do tab cresce aos poucos e a força passa para o laminado ao longo de uma rampa, sem degrau. Com garras de pressão sem cunha, o tab reto funciona. Os tabs de um mesmo corpo de prova precisam ter a mesma espessura, porque qualquer diferença desloca o eixo da força em relação ao eixo do laminado e cria flexão.

Há duas alternativas ao tab colado. O tab de atrito não é colado: é preso só pela pressão da garra, com uma lixa entre ele e o corpo de prova. E no laminado balanceado, que é menos sensível ao aperto, pode-se dispensar o tab e colocar uma tira de lixa dobrada, de grana 80 a 150, com o abrasivo voltado para o corpo de prova, entre ele e a serrilha. Na foto, dois corpos de prova de fibra de carbono com tabs colados nas pontas: um rompeu no trecho útil, com as fibras lascadas, e o outro ainda tem o strain gauge no centro, que mede a deformação para o módulo.

Corte, medição e número de corpos de prova

A tira é cortada da placa com disco diamantado refrigerado ou por fresamento, de modo que as bordas fiquem lisas e paralelas. Corte grosseiro deixa microtrincas e fibras arrancadas na borda, e é ali que começa a delaminação de borda. No unidirecional a 0°, o corte também precisa seguir a direção das fibras: um desvio de poucos graus faz parte das fibras terminar na borda livre, e a resistência medida cai. Laboratórios que fazem o ensaio com frequência, como a Element, trabalham com o alinhamento entre corte e fibra dentro de 0,5°. A norma admite variação de ±1 % na largura e de ±4 % na espessura ao longo do corpo de prova e pede que ele seja plano. A largura e a espessura são medidas na base de medida; em superfície irregular, como a face de um tecido, a espessura é lida com micrômetro de ponta esférica, que não apoia só nos picos da trama. A área A = largura × espessura, com os valores médios, é a usada em todos os cálculos.

O mínimo é de cinco corpos de prova por condição de ensaio, a menos que um plano de amostragem válido justifique outro número. Condição de ensaio é cada combinação de material, orientação, temperatura e umidade. Quando o contrato pede ensaio em condição úmida, o condicionamento segue a ASTM D5229/D5229M. Ensaios a frio ou a quente, comuns na qualificação aeronáutica, pedem câmara térmica montada entre as garras e um transdutor de deformação que funcione na temperatura do ensaio; o laudo registra a temperatura e o tempo de estabilização do corpo de prova.

O que cada orientação mede: 0°, 90° e [0/90]

A mesma placa dá resultados muito diferentes conforme a direção em que a tira é cortada, e cada orientação responde a uma pergunta distinta sobre o material:

• 0° unidirecional: a força corre ao longo das fibras, e quem resiste é a fibra. O resultado é a resistência e o módulo longitudinais do material, os maiores possíveis. Num carbono/epóxi aeronáutico, a resistência passa de 2.000 MPa e o módulo fica na casa de 160 GPa, com curva praticamente reta até a ruptura, sem escoamento.
• 90° unidirecional: a força é transversal às fibras, e quem resiste é a matriz e a interface entre fibra e matriz. A resistência cai para dezenas de MPa, o módulo para poucos GPa, e a deformação na ruptura costuma ficar abaixo de 1 %. É a propriedade que governa a fissuração da matriz no laminado.
• Laminado [0/90] e tecido: a força se divide entre as camadas a 0°, que carregam a maior parte, e as camadas a 90°. Em algum ponto da curva, as camadas a 90° fissuram; a rigidez do laminado cai de uma vez e a curva muda de inclinação, formando um "joelho". A deformação em que isso ocorre é a deformação de transição, que a D3039 manda relatar quando existe.

Por isso o laudo sempre identifica o laminado pela sequência de camadas e a direção do ensaio. "Resistência à tração do compósito" sem orientação não tem significado. A relação entre as rigidezes nas duas direções também aparece no coeficiente de Poisson, que num compósito depende da direção em que se mede, como explica o artigo coeficiente de Poisson.

Máquina, garras, alinhamento e velocidade

O ensaio é feito numa máquina universal com um cabeçote fixo e outro móvel. A norma exige que a força seja verificada pela ASTM E4, com erro dentro de ±1 % do valor indicado na faixa de uso. No Brasil, a verificação equivalente é a da ABNT NBR ISO 7500-1:2023, cuja classe 1 corresponde ao mesmo ±1 %. A classe vale dentro da faixa verificada que consta do certificado, e a D3039 chama atenção para um conflito próprio deste ensaio: o módulo é calculado com forças pequenas, no começo da curva, e a resistência, com a força máxima. A célula de carga precisa ter boa exatidão nas duas pontas, o que às vezes pede calibração estendida ou faixas diferentes. O funcionamento da célula está em célula de carga.

As garras têm de prender o corpo de prova sem deixá-lo escorregar e sem marcá-lo. As mais usadas são as de cunha, mecânicas, pneumáticas ou hidráulicas. Na garra de cunha, a força de aperto cresce com a força de tração; a norma recomenda serrilha leve, perto de um dente por milímetro, porque a serrilha grossa morde o laminado e provoca ruptura na garra em corpos de prova sem tab. A garra cunha pneumática acrescenta um aperto inicial controlado, que se repete de um corpo de prova para o outro, o que ajuda a reprodutibilidade.

O alinhamento é o requisito que mais pesa no resultado. Se o eixo das garras não coincide com o eixo do corpo de prova, a tira recebe tração e flexão ao mesmo tempo: uma face deforma mais que a outra, o módulo calculado varia de um corpo de prova para outro e a ruptura chega antes. A norma pede garras que alinhem o eixo da força com o do corpo de prova, de preferência com autoalinhamento, e recomenda avaliar o sistema com um corpo de prova instrumentado com strain gauges nas faces, conforme a ASTM E1012. Como boa prática, a flexão do sistema fica entre 3 % e 5 % em deformações acima de 1.000 µε.

A velocidade deve produzir uma taxa de deformação quase constante na base de medida, escolhida de modo que a ruptura ocorra entre 1 e 10 minutos. Quando a deformação última do material não é conhecida, a norma sugere velocidades padrão para os primeiros ensaios: 0,01 min⁻¹ em controle de deformação ou 2 mm/min de deslocamento da travessa. Depois de conhecer o material e a rigidez do sistema, ajusta-se a velocidade para cair na janela.

Deformação, módulo de corda e coeficiente de Poisson

A deformação é medida na base de medida, com extensômetro ou strain gauge colado, instalado no meio do comprimento e da largura. O extensômetro é removível e serve para vários corpos de prova; o strain gauge é colado em cada um, mede com alta resolução num ponto e se perde na ruptura. As diferenças entre os dois, e quando usar cada um, estão no artigo extensômetro e strain gauge. Nas fibras de carbono, cuja ruptura é violenta, o extensômetro de contato costuma ser retirado antes do fim ou substituído por medição sem contato.

O módulo de corda é a inclinação da reta que liga dois pontos fixos da curva tensão × deformação: o de 1.000 µε e o de 3.000 µε. A conta é E_chord = (σ₃₀₀₀ − σ₁₀₀₀) / (0,003 − 0,001) = Δσ / 0,002. Essa faixa deve cair na metade inferior da curva. Para materiais que rompem com menos de 6.000 µε, como a maioria dos laminados a 90°, a faixa passa a ser de 25 % a 50 % da deformação última. Se a curva tiver mudança de inclinação dentro da faixa, escolhe-se outra faixa, e o laudo informa qual foi. O conceito de módulo, também chamado de módulo de Young, está em módulo de elasticidade.

O coeficiente de Poisson exige uma segunda medição, a da deformação transversal, feita com strain gauge biaxial, roseta 0°/90° ou extensômetro biaxial. Ele é calculado na mesma faixa do módulo, com as variações das duas deformações: ν = −Δε_t / Δε_l. O sinal negativo existe porque a deformação transversal é de contração.

A flexão no corpo de prova se mede com dois transdutores em faces opostas, lidos no ponto de 2.000 µε: B_y = (ε_f − ε_v) / (ε_f + ε_v) × 100, com ε_f a deformação da frente e ε_v a do verso. A norma pede essa verificação em pelo menos um corpo de prova por amostra. Se a flexão ficar até 3 %, os demais podem ser ensaiados com um transdutor só; acima disso, usa-se a média das duas faces. A tabela reúne as fórmulas:

Resultado	Fórmula	Observação
Resistência à tração última	Ftu = Pmáx / A	força máxima antes da falha, em MPa
Tensão em cada ponto	σi = Pi / A	A = largura × espessura médias
Deformação	εi = δi / Lg	1.000 µε = 0,001
Módulo de corda	Echord = Δσ / Δε	de 1.000 a 3.000 µε, ou 25 % a 50 % da última
Coeficiente de Poisson	ν = −Δεt / Δεl	mesma faixa do módulo
Flexão no corpo de prova	By = (εf − εv) / (εf + εv) × 100	no ponto de 2.000 µε

Resistência e módulo são relatados com três algarismos significativos, e o módulo sempre com a faixa de deformação usada. A resistência à tração última é o mesmo conceito explicado em limite de resistência à tração, aplicado a um material que rompe sem escoar.

Modos de falha: o código de três letras

Num compósito, o número da resistência só vale se a ruptura aconteceu do jeito e no lugar certos. Por isso a D3039 manda registrar o modo de falha de cada corpo de prova com um código de três letras, que funciona como um endereço: a primeira letra diz como rompeu (o tipo), a segunda diz onde, ao longo do comprimento (a área), e a terceira diz em que ponta ou lado (o local). O esquema abaixo mostra as letras mais usadas de cada posição e, num corpo de prova em pé, as áreas da segunda letra e quatro exemplos marcados: dois que se aceitam e dois que pedem investigação.

Lidos pela lógica, os códigos se interpretam sem tabela:

• LGM: ruptura lateral (transversal ao eixo), na base de medida, no meio. É a falha de referência, válida.
• XGM: ruptura explosiva, na base de medida, no meio. É típica do carbono a 0°, que libera de uma vez a energia elástica acumulada e se desfaz em feixes de fibra, como na foto anterior. É aceita.
• LAT: ruptura lateral exatamente na borda do tab, no topo. O tab concentrou tensão; o valor tende a ficar abaixo da resistência real.
• LWB: ruptura lateral a menos de uma largura do tab, na base. Ainda está na zona perturbada pela introdução da força, e é suspeita pelo mesmo motivo.
• Códigos com G na primeira letra, ou I na segunda: a falha foi na garra ou dentro do tab, incluindo descolamento do tab. Não medem o laminado.

A norma não descarta automaticamente cada falha junto ao tab. O critério é estatístico: se uma fração significativa das falhas de uma amostra ocorre a menos de uma largura do tab ou da garra, a forma de introduzir a força tem de ser reexaminada (material e chanfro do tab, adesivo, pressão e serrilha da garra, alinhamento) antes de continuar. Como essas falhas rebaixam a média em proporção à concentração de tensão do tab, a prática dos laboratórios é não as usar como resistência do material e relatá-las à parte.

Como é feito o ensaio de tração pela ASTM D3039, passo a passo

O ensaio de tração pela ASTM D3039 é uma sequência de preparação, fixação, carregamento até a ruptura e cálculo, em que cada etapa controla uma fonte de erro descrita nas seções anteriores. Na bancada, a ordem é esta:

1. Identificar e cortar: definir o laminado, a sequência de camadas e a direção de ensaio; cortar as tiras da placa com disco diamantado refrigerado ou fresamento, alinhadas às fibras.
2. Colar os tabs: colar os tabs de mesma espessura nas duas pontas, curar o adesivo e numerar cada corpo de prova.
3. Condicionar e medir: condicionar quando o plano pedir (ASTM D5229/D5229M para umidade) e medir largura e espessura em vários pontos da base de medida, para obter a área média A.
4. Instrumentar: colar o strain gauge ou instalar o extensômetro no centro da base de medida; para o coeficiente de Poisson, usar transdutor biaxial ou roseta 0°/90°.
5. Fixar: prender os tabs nas garras com o eixo da tira alinhado ao eixo da força e zerar a força antes do carregamento.
6. Ensaiar: tracionar a 2 mm/min, ou na velocidade ajustada para romper entre 1 e 10 minutos, registrando força e deformação até a ruptura.
7. Classificar a falha: registrar o código de três letras de cada corpo de prova e separar as falhas junto ao tab ou na garra.
8. Calcular e repetir: calcular F^tu, o módulo de corda, o coeficiente de Poisson e a deformação de transição, e repetir até ter pelo menos cinco resultados válidos por condição.

O que o relatório do ensaio deve conter

O relatório de um ensaio de tração pela D3039 é o documento que permite repetir o ensaio e comparar o resultado com outro laboratório; por isso registra, além dos números, tudo o que os influencia. Os itens abaixo seguem a lógica da seção de relatório da norma, em palavras próprias:

• Norma e edição: ASTM D3039/D3039M-17(2025) e qualquer desvio do método.
• Material: fibra, matriz, fabricante, batelada, processo de cura, sequência de camadas e, quando medidos, os teores de fibra e de vazios (ASTM D3171).
• Corpo de prova: geometria, largura e espessura médias de cada um, método de corte, material, espessura e chanfro do tab e adesivo.
• Condições de ensaio: condicionamento, temperatura e umidade do ensaio, máquina, garras, transdutor de deformação, base de medida e velocidade.
• Resultados por corpo de prova: força máxima, F^tu, deformação última, módulo de corda com a faixa usada, coeficiente de Poisson, deformação de transição quando existe e código de falha.
• Estatística da amostra: número de corpos de prova, média, desvio-padrão e coeficiente de variação de cada propriedade.

O software BioLab monta a parte numérica desse relatório a partir da curva registrada; os dados de material, corte e tab vêm do registro de preparação do laboratório.

Como interpretar a norma

A D3039 é escrita em forma de método, com várias decisões deixadas ao laboratório e justificadas só pelo resultado. Os pontos abaixo são os que mais geram leitura errada na bancada e na especificação, com a razão de cada um.

As dimensões recomendadas são obrigatórias?

Não. A norma separa requisitos de recomendações. Obrigatórios são a seção retangular constante, as tolerâncias de largura e espessura, a planicidade e um comprimento mínimo suficiente para as garras, para a base de medida e para afastar a ruptura das garras, que a norma expressa como o comprimento de fixação mais duas vezes a largura mais a base de medida. As geometrias da tabela, como 15 × 250 × 1,0 mm a 0°, são recomendadas porque costumam produzir falhas aceitáveis. Um laboratório pode usar outra geometria dentro dos requisitos, desde que a relate. A consequência prática é que dois laudos pela D3039 com geometrias diferentes não são, a rigor, comparáveis, sobretudo na resistência, que depende do volume de material solicitado.

Pode-se ensaiar sem tab?

Pode, e a norma diz isso de modo explícito: se o sistema de fixação produz falhas aceitáveis com frequência razoável, não há motivo para mudá-lo. O tab é fortemente recomendado no unidirecional a 0°, em que a força é alta e o laminado fino não resiste ao aperto da serrilha, e pode ser necessário a 90°, em que o laminado é frágil e trinca na garra. No laminado balanceado e no compósito de fibra aleatória, a lixa na garra costuma bastar. Quem decide é o resultado: se as falhas migram para a garra ou para a borda do tab, o tab volta ou muda.

Por que o módulo começa em 1.000 µε, e não no zero?

O início da curva mistura o material com o assentamento do corpo de prova nas garras, a acomodação do extensômetro e a eliminação de pequenas curvaturas da tira. A partir de 1.000 µε esses efeitos já passaram, e até 3.000 µε a maioria dos compósitos ainda está longe de qualquer dano. A corda entre dois pontos fixos também torna o número reprodutível: dois laboratórios calculam o mesmo valor sobre os mesmos pontos, sem depender de quem escolheu o "trecho linear". A regra dos 6.000 µε segue a mesma lógica. Num material que rompe com 5.000 µε, a faixa padrão iria até 60 % da ruptura, já na região em que a matriz começa a fissurar; a faixa de 25 % a 50 % recoloca a medição no trecho inicial.

Um transdutor só basta?

Basta quando se demonstrou que a flexão é pequena. A tira é fina, e um desalinhamento de décimos de milímetro faz uma face deformar mais que a outra. Um transdutor numa face só lê essa deformação como se fosse do material inteiro e erra o módulo para cima ou para baixo, conforme a face. Por isso a norma pede transdutores nas duas faces em pelo menos um corpo de prova por amostra: se a flexão no ponto de 2.000 µε fica até 3 %, o sistema está bem alinhado e um transdutor representa a média; acima disso, a média das duas faces é obrigatória, e o alinhamento deve ser corrigido.

O que quer dizer "balanceado e simétrico" na prática?

Quer dizer que o laminado não tem acoplamentos. Num laminado não balanceado, a tração gera distorção angular e a tira tende a torcer; num laminado não simétrico, a tração gera curvatura e a tira tende a fletir. Presa nas garras, ela é impedida de torcer ou fletir, e as tensões que surgem não aparecem na conta P / A. O resultado sai, mas não mede a propriedade que o nome sugere. Laminados com camadas fora do eixo têm ainda um efeito de borda: as tensões entre camadas se concentram na borda livre da tira e podem subestimar muito a resistência e a rigidez, limitação que a própria norma registra.

O resultado da D3039 vale como valor de projeto?

Não sozinho. A D3039 dá a resistência e o módulo de uma amostra, sob uma condição de ensaio. Valores de projeto pedem várias bateladas de material, condições ambientais (frio, quente, úmido) e tratamento estatístico próprio de cada setor, como o da aeronáutica. A norma é o tijolo dessa construção, e por isso o laudo precisa registrar tudo o que define o ensaio, com os itens listados na seção sobre o relatório.

Exercícios resolvidos

Os exercícios usam números hipotéticos, coerentes com materiais reais, e seguem a sequência do laboratório: tensão, módulo, Poisson, flexão, escolha da faixa e validade das falhas. Em todos, a área é a média medida na base de medida.

Exercício 1: carbono/epóxi unidirecional a 0°

Um corpo de prova a 0°, com largura média de 15,00 mm e espessura média de 1,00 mm e tabs de vidro/epóxi de 56 mm, rompe com 36,0 kN, em falha XGM. O strain gauge registrou 2,42 kN a 1.000 µε e 7,26 kN a 3.000 µε. Calcule a resistência, o módulo e escolha a máquina.

1. Área: A = 15,00 × 1,00 = 15,0 mm².
2. Resistência: F^tu = 36.000 / 15,0 = 2.400 MPa. A falha XGM está na base de medida, então o valor é válido.
3. Tensões da corda: σ₁₀₀₀ = 2.420 / 15,0 = 161,3 MPa; σ₃₀₀₀ = 7.260 / 15,0 = 484,0 MPa.
4. Módulo: E_chord = (484,0 − 161,3) / 0,002 = 322,7 / 0,002 = 161.350 MPa, relatado como 161 GPa (faixa de 1.000 a 3.000 µε).
5. Conferência: como a curva do carbono a 0° é praticamente reta, a deformação última fica perto de 2.400 / 161.350 = 0,0149, ou cerca de 14.900 µε. A faixa do módulo termina em 3.000 µε, bem dentro da metade inferior da curva, como a norma pede. Módulo e resistência ficam na faixa publicada para carbonos de módulo intermediário com epóxi, perto de 160 GPa.
6. Tempo de ensaio: a 2 mm/min sobre 138 mm de trecho livre, a taxa nominal é 2 / 138 = 0,0145 min⁻¹, e a ruptura viria em 0,0149 / 0,0145 ≈ 1,0 min. Como parte do deslocamento da travessa se perde nas garras e nos tabs, a deformação real é mais lenta e o ensaio dura um pouco mais, dentro da janela de 1 a 10 minutos.
7. Máquina: 36 kN exige a coluna dupla de 50 kN, com garras de cunha ou cunha pneumática dessa capacidade; a garra de 20 kN não atende. Note que a força do módulo, 2,42 kN, é menos de 5 % da capacidade: o certificado de calibração da célula precisa cobrir essa faixa.

Exercício 2: coeficiente de Poisson e flexão

No mesmo corpo de prova, o strain gauge transversal leu −310 µε quando o longitudinal marcava 1.000 µε, e −930 µε a 3.000 µε. Num corpo de prova irmão, com gauges nas duas faces, a leitura no ponto de 2.000 µε foi 2.080 µε na frente e 1.920 µε no verso.

1. Poisson: Δε_t = −930 − (−310) = −620 µε; Δε_l = 3.000 − 1.000 = 2.000 µε. ν = −(−620) / 2.000 = 0,31, valor típico do ν₁₂ de um carbono/epóxi unidirecional.
2. Flexão: B_y = (2.080 − 1.920) / (2.080 + 1.920) × 100 = 160 / 4.000 × 100 = 4 %.
3. Decisão: como passa de 3 %, a amostra não pode ser ensaiada com um transdutor só. Usa-se a média das duas faces, 2.000 µε, e revisa-se o alinhamento das garras e a espessura dos tabs antes dos próximos corpos de prova. Um gauge só na frente teria lido 4 % a mais de deformação naquele ponto, e o módulo calculado com ele sairia proporcionalmente menor.

Exercício 3: unidirecional a 90°, que rompe abaixo de 6.000 µε

Um corpo de prova a 90° do mesmo material, com 25,0 × 2,00 mm de seção, rompe com 2,23 kN, em falha LGM, a 5.000 µε. As forças lidas foram 0,565 kN a 1.250 µε e 1,125 kN a 2.500 µε.

1. Área e resistência: A = 25,0 × 2,00 = 50,0 mm²; F^tu = 2.230 / 50,0 = 44,6 MPa.
2. Escolha da faixa: a ruptura, a 5.000 µε, ficou abaixo de 6.000 µε, então a faixa padrão não vale. A nova faixa vai de 25 % a 50 % da deformação última: 0,25 × 5.000 = 1.250 µε e 0,50 × 5.000 = 2.500 µε.
3. Tensões: σ = 565 / 50,0 = 11,3 MPa e σ = 1.125 / 50,0 = 22,5 MPa.
4. Módulo: E = (22,5 − 11,3) / (0,0025 − 0,00125) = 11,2 / 0,00125 = 8.960 MPa, relatado como 8,96 GPa (faixa de 1.250 a 2.500 µε).
5. Coerência: se a curva fosse reta até o fim, 8,96 GPa a 5.000 µε dariam 44,8 MPa; a ruptura a 44,6 MPa mostra uma curva que amolece muito pouco no fim, como se espera de uma propriedade dominada pela matriz.
6. Velocidade: a 2 mm/min sobre 125 mm de trecho livre, a taxa nominal seria 0,016 min⁻¹ e a ruptura viria em 0,005 / 0,016 ≈ 0,31 min, abaixo de 1 minuto. A 0,5 mm/min, a taxa nominal cai para 0,004 min⁻¹ e o ensaio passa a durar cerca de 1,25 min ou mais, dentro da janela.
7. Máquina: 2,23 kN cabem numa máquina de coluna simples de 5 ou 10 kN, com garra cunha de 5 kN.

Os gráficos abaixo mostram os exercícios 1 e 3 na forma em que o software os desenha: à esquerda, a reta do 0° até 2.400 MPa, com a faixa de 1.000 a 3.000 µε sombreada e o ponto de verificação da flexão em 2.000 µε; à direita, a curva do 90°, em que a faixa padrão (cinza, embaixo) dá lugar à faixa de 25 % a 50 % da deformação última.

Exercício 4: um lote com falhas na garra

Uma amostra de seis corpos de prova a 0° rompe com os códigos XGM, LGM, LGM, LAT, XGM e LWB. Quantos resultados representam o material e o que fazer?

1. Classificação: XGM, LGM, LGM e XGM romperam na base de medida, no meio: são quatro resultados representativos.
2. Suspeitos: LAT (na borda do tab, topo) e LWB (a menos de uma largura do tab, base) estão na zona de introdução da força. São 2 de 6, um terço da amostra, uma fração significativa pelo critério da norma.
3. Decisão: antes de ensaiar mais, reexaminar a introdução da força: espessura e colagem dos tabs, chanfro, pressão e serrilha da garra, alinhamento. Com quatro resultados válidos, a amostra fica abaixo do mínimo de cinco por condição; depois da correção, ensaiam-se corpos de prova novos até completar o número, e o laudo registra os seis códigos.

ASTM D3039, ISO 527-4 e ISO 527-5

A ISO 527-4 e a ISO 527-5 são as normas internacionais equivalentes à D3039 para a tração de plásticos reforçados com fibra. Fora dos Estados Unidos, o mesmo ensaio costuma ser pedido pela ISO 527, que divide os compósitos em duas partes. Segundo o iso.org, conferido em 01/10/2026, a ISO 527-4:2023 (3ª edição, publicada em março de 2023) cobre compósitos isotrópicos e ortotrópicos, como mantas, tecidos e laminados multidirecionais simétricos, e a ISO 527-5:2021 (3ª edição, novembro de 2021) cobre os unidirecionais. As duas se apoiam nos princípios gerais da ISO 527-1. A D3039 reúne os dois casos num só método. A tabela compara os pontos que mais mudam o resultado:

Item	ASTM D3039/D3039M-17(2025)	ISO 527-4:2023	ISO 527-5:2021
Materiais	todos os balanceados e simétricos	mantas, tecidos, multidirecionais	unidirecionais
Corpo de prova	tira retangular, tab opcional	gravata ou tira retangular, com ou sem tab	tira com tabs: 15 × 1 mm a 0°, 25 × 2 mm a 90°
Tab	chanfrado (5° a 90°) ou reto	reto	reto
Faixa do módulo	1.000 a 3.000 µε	0,05 % a 0,25 % (500 a 2.500 µε)	0,05 % a 0,25 %

Fontes: store.astm.org e iso.org (escopo e edições); ZwickRoell (corpos de prova e tabs da ISO). As seções transversais recomendadas a 0° e a 90° coincidem nas duas famílias, mas a faixa do módulo e a forma do tab não. Num carbono a 0° de curva reta a diferença de módulo é pequena; num laminado cujo trecho inicial já se curva, as duas faixas dão números diferentes. Ficha técnica feita pela ISO não se compara com especificação escrita pela ASTM sem ensaiar pela norma pedida, e o laudo cita a norma e a edição executadas.

Erros comuns na aplicação da ASTM D3039

Os erros abaixo aparecem tanto em laboratório quanto em páginas que explicam a norma, e cada um tem uma correção direta:

1. Usar o corpo de prova em gravata da D638 em compósito de fibra contínua. O rebaixo corta fibras e a ruptura começa na concordância. A tira reta é a forma da D3039.
2. Calcular o módulo pelo deslocamento da travessa. O deslocamento inclui o assentamento, a deformação dos tabs e do adesivo e a folga das garras, e dá um módulo muito baixo. A norma exige extensômetro ou strain gauge.
3. Contar falhas na garra ou na borda do tab como resistência do material. Elas rebaixam a média e escondem um problema de fixação.
4. Tabs de espessuras diferentes, mal colados ou desalinhados. Criam flexão e descolam; o código de falha passa a ter G na primeira letra ou I e A na segunda.
5. Não medir a flexão. Um gauge numa face só, num sistema desalinhado, dá módulo errado sem nenhum sinal na curva.
6. Usar a faixa de 1.000 a 3.000 µε em laminado a 90° ou em curva com joelho dentro da faixa. A norma manda trocar a faixa e relatar a escolhida.
7. Ensaiar a 2 mm/min sem conferir o tempo de ruptura. No 90°, a ruptura vem em poucos segundos; a velocidade padrão é ponto de partida, não regra.
8. Corte grosseiro. Microtrincas na borda iniciam delaminação e reduzem a resistência, principalmente em laminados multidirecionais.
9. Ensaiar laminado não balanceado ou assimétrico pela D3039 e relatar o resultado como propriedade do material.
10. Citar a edição D3039-08, que ainda aparece em resumos automáticos de busca, ou trabalhar com PDF não autorizado de edição antiga. A vigente é a D3039/D3039M-17(2025).

Equipamento para o ensaio pela ASTM D3039

O ensaio pede uma máquina universal de ensaios com velocidade de travessa baixa e estável, para cobrir de frações de milímetro por minuto até os 2 mm/min padrão, célula de carga com boa exatidão tanto nas forças do módulo quanto na força de ruptura, garras de cunha alinhadas e um extensômetro de pequenas deformações na base de medida. Na linha M2 da Biopdi, a MBIOII-50-M2, de coluna dupla, é oferecida de 5 a 50 kN, com velocidade de 0,02 a 500 mm/min, e tem os compósitos entre as aplicações indicadas. A célula de carga tem classe 1 pela ABNT NBR ISO 7500-1:2023, e o software BioLab registra a curva e gera o relatório. O painel abaixo mostra a máquina, o papel de cada parte no ensaio pela D3039 e os dispositivos usados.

A escolha do modelo parte da força máxima esperada, F ≈ F^tu × A. A tabela abaixo indica o modelo por tipo de corpo de prova, com as forças típicas calculadas a partir dos exercícios:

Corpo de prova	Força típica	Modelo Biopdi
90° unidirecional, 25 × 2 mm	poucos kN (2,2 kN no exercício 3)	MBIOI-10-M2 (2, 5 ou 10 kN)
0° unidirecional de carbono, 15 × 1 mm	30 a 45 kN (36 kN no exercício 1)	MBIOII-50-M2 (5 a 50 kN)
Laminados mais espessos ou mais largos	acima de 50 kN	MBIOII-200-M2 (100 a 200 kN)

Um laminado balanceado de 25 × 2,5 mm, com 62,5 mm² de seção, rompe com 50 kN se a resistência for de 800 MPa: fica no limite da máquina de 50 kN, e a margem decide entre ela e a de 200 kN. A mesma máquina faz a flexão de compósitos, assunto do artigo ensaio de flexão, e a compressão, tratada em ensaio de compressão. O funcionamento interno está em máquina universal de ensaio, e para uma proposta com a configuração do seu laboratório, solicite um orçamento.

Normas citadas

A tabela reúne as normas citadas neste guia, com a edição vigente conferida em 01/10/2026 na página oficial de cada organização:

Norma	Assunto	Edição
ASTM D3039/D3039M	tração de compósitos de matriz polimérica	17 (reaprovada em 2025)
ISO 527-4	tração de compósitos isotrópicos e ortotrópicos	2023
ISO 527-5	tração de compósitos unidirecionais	2021
ISO 527-1	tração de plásticos: princípios gerais	2019
ASTM D3518/D3518M	cisalhamento no plano por tração a ±45°	18 (reaprovada em 2025)
ASTM D3410/D3410M e D6641/D6641M	compressão de compósitos	16 (reaprovada em 2024) e 23
ASTM D7264/D7264M	flexão de compósitos	26
ASTM D2344/D2344M	cisalhamento interlaminar em viga curta	22
ASTM D5766/D5766M	tração com furo aberto	23
ASTM D5229/D5229M	absorção de umidade e condicionamento	20
ASTM D3171	teor de fibra e de vazios	22
ASTM E4	verificação da força da máquina	24
ASTM E1012	verificação do alinhamento	19
ASTM D638	tração de plásticos	22
ASTM D412	tração de borracha e elastômeros termoplásticos	16 (reaprovada em 2021)
ASTM D882	tração de filmes plásticos	26
ASTM E8/E8M	tração de metais	25
ABNT NBR ISO 6892-1	tração de materiais metálicos à temperatura ambiente	2024
ABNT NBR ISO 7500-1	verificação da força de máquinas de ensaio	2023