O ensaio de arrancamento (pull-out) traciona um elemento embutido, como um chumbador, uma barra de aço, um grampo, um parafuso ou uma fibra, até arrancá-lo do material-base ou até uma carga de prova. A máquina registra força e deslocamento; da força máxima saem a resistência da ancoragem e a tensão de aderência média, τ = F / (π·d·ℓ). Em chumbadores, as normas são a ABNT NBR 14827 e a ASTM E488; em grampos de solo grampeado, a NBR 16920-2; em tirantes, a NBR 5629.
É o ensaio que responde se uma fixação aguenta o que o projeto pede: o chumbador de uma máquina, o ponto de ancoragem de uma linha de vida, o grampo de uma contenção, o parafuso de um móvel ou de uma placa ortopédica. Neste guia você encontra de onde vem a resistência de uma fixação, como o ensaio é feito em campo e em laboratório, os modos de falha, as fórmulas com exercícios resolvidos, os erros mais comuns e as normas por aplicação.
Na foto, um chumbador de aço arrancado do concreto. Ele não saiu sozinho: trouxe preso à ponta um cone de concreto, largo na face que era a superfície do bloco e estreito na extremidade embutida. É o modo de falha mais comum em chumbadores pouco profundos, e explica boa parte das regras do ensaio.
O que é o ensaio de arrancamento
O elemento ensaiado fica embutido num material-base: concreto, alvenaria, solo, madeira, osso ou a matriz de um compósito. O comprimento do elemento dentro desse material é a profundidade de embutimento (em barras e grampos, o comprimento aderente), e é a variável que mais pesa no resultado. Quando o elemento é tracionado ao longo do seu eixo, a resistência vem de quatro mecanismos, isolados ou combinados:
- Aderência: a ligação entre a superfície do elemento e o material que o envolve, como o concreto em volta de uma barra, a resina de um chumbador químico ou a calda de cimento de um grampo.
- Atrito: o elemento pressionado contra a parede do furo, como no chumbador mecânico de expansão.
- Intertravamento: as nervuras de uma barra ou os filetes de rosca de um parafuso apoiados no material-base.
- Cone de ruptura: em chumbadores, a tração se espalha pelo concreto em volta da ponta; se o concreto ceder antes do aço, sai um cone inteiro de material, como o da foto.
O resultado principal é a força de arrancamento, a maior força que a fixação suportou. Dividida pela área lateral de contato entre o elemento e o material-base, ela dá a tensão de aderência média. A curva força × deslocamento completa mostra ainda quanto a fixação se desloca sob a carga de serviço e de que modo ela rompe.
Esses resultados servem a três fins: qualificar um produto, como um chumbador ou um parafuso, com séries de ensaios até a ruptura; verificar em obra se uma fixação foi bem instalada; e pesquisar materiais e sistemas de ancoragem, como resinas, geometrias de rosca e fibras.
Arrancamento (pull-out) não é aderência de revestimento (pull-off). No pull-off, uma pastilha metálica é colada sobre uma argamassa, uma cerâmica ou uma pintura e tracionada perpendicularmente à superfície, para medir a aderência da camada (ABNT NBR 13528). No pull-out, o que sai é um elemento embutido. As buscas misturam os dois; o pull-off está explicado em ensaio de aderência.
Onde se usa o ensaio de arrancamento
O princípio é o mesmo para elementos muito diferentes, mas cada um tem a sua norma e o seu local de ensaio. Chumbadores são ensaiados tanto em laboratório quanto em obra; tirantes, grampos e estacas, no próprio terreno onde vão trabalhar; barras, fibras e fixadores pequenos, como parafusos em madeira e parafusos ósseos, em laboratório. A tabela resume o elemento, o local e a norma de cada caso:
| Elemento | Onde | Norma |
|---|---|---|
| Chumbadores mecânicos e químicos em concreto e alvenaria | laboratório e obra | ABNT NBR 14827, ASTM E488/E488M-22, EAD 330232, ACI 355.2 e 355.4 |
| Tirantes ancorados no terreno | obra (qualificação e recebimento) | ABNT NBR 5629:2018 |
| Grampos de solo grampeado | obra | ABNT NBR 16920-2:2021 |
| Estacas de usinas solares (pull out test) | obra | projeto específico |
| Dispositivos de ancoragem para trabalho em altura | laboratório (ensaio de tipo) e projeto | ABNT NBR 16325-1 e -2, NR-35 |
| Barras de aço no concreto (aderência) | laboratório | RILEM RC6 |
| Pregos, grampos e parafusos em madeira | laboratório | ASTM D1761-20 |
| Parafusos ósseos (ortopedia) | laboratório | ASTM F543-23, Anexo A3 |
| Fibras em matriz (concreto com fibras, compósitos) | laboratório | métodos de pesquisa |
| Insertos roscados em plástico | laboratório | método interno (não há norma específica) |
Como é feito o ensaio de arrancamento
Em qualquer ambiente, o ensaio consiste em prender o material-base, tracionar o elemento ao longo do seu eixo e medir força e deslocamento. O que muda é o equipamento e o objetivo: em campo, o ensaio verifica a fixação real, instalada na obra; em laboratório, qualifica produtos e levanta a curva completa até a ruptura, com velocidade controlada.
Em campo
Em obra, o elemento é tracionado por um macaco hidráulico vazado ligado a uma bomba com manômetro calibrado, e o deslocamento da cabeça é lido com relógio comparador ou extensômetro. A carga sobe em estágios. O apoio do macaco precisa ficar afastado do elemento, a mais de 1,5 vez a profundidade de embutimento: mais perto, ele comprime o concreto justamente onde o cone de ruptura se formaria, impede que ele se solte e superestima a resistência. Em grampos, o critério de ruptura é deslocamento contínuo sem aumento de carga; o relatório traz os gráficos de carga × deslocamento e deslocamento × tempo. Em tirantes, a NBR 5629 separa ensaios de qualificação e de recebimento, este feito em todos os tirantes (tipo A em 10 % deles, tipo B nos demais).
A prova de carga de chumbadores em obra verifica a instalação, não a resistência última: aplica-se uma carga acima da de serviço (por exemplo, 1,5 vez a carga aplicada, na prática da norma britânica BS 8539) e verifica-se que não há movimento perceptível.
Em laboratório
No laboratório, o corpo de prova (bloco de concreto com a barra ou o chumbador, bloco de madeira com o parafuso, bloco de espuma com o parafuso ósseo, matriz com a fibra) é preso na base de uma máquina universal de ensaios, e o elemento é tracionado pela travessa através de um dispositivo de arrancamento. A célula de carga mede a força; o deslocamento vem da travessa ou, com mais exatidão, de um transdutor no próprio elemento. Assim se levanta a curva força × deslocamento completa, até a ruptura, com velocidade controlada. É o caminho para qualificar produtos e para pesquisa.
A foto abaixo mostra um arrancamento de parafuso em madeira. Uma placa de aço prende o bloco contra a base, com uma abertura larga em volta do parafuso para não apoiar na região que vai ser arrancada, e um garfo ligado à célula de carga engata sob a cabeça do parafuso.
O que influencia o resultado
Além da geometria da fixação, três fatores mudam a força medida e precisam ser controlados e registrados no relatório:
- Instalação: o corpo de prova tem de ser montado como o fabricante ou o projeto manda. Num chumbador químico, pó deixado no furo prejudica a aderência da resina, e a resina precisa completar a cura antes do ensaio; num chumbador mecânico, o torque de aperto define a expansão. Uma instalação malfeita faz o ensaio medir o erro de montagem, não o produto.
- Velocidade de carregamento: a força de ruptura depende da taxa com que a carga é aplicada, principalmente quando há resina, polímero ou madeira no caminho da carga. Por isso a norma ou o projeto fixa a velocidade, e ela vai para o relatório.
- Temperatura e umidade: resinas de chumbadores químicos perdem resistência em temperatura elevada, e a resistência da madeira muda com o teor de umidade. Os dois são medidos e registrados, e, quando o ensaio compara produtos, mantidos iguais entre eles.
Modos de falha de um chumbador tracionado
Um chumbador tracionado pode falhar de cinco maneiras. Qual delas acontece depende do que cede primeiro: o aço da haste, a ancoragem no furo ou o concreto em volta.
- Falha do aço: a haste rompe. Acontece quando o embutimento e o concreto sobram.
- Arrancamento ou escorregamento: o chumbador desliza no furo, sem levar concreto.
- Cone de concreto: sai um cone de concreto com raio de cerca de 1,5 vez a profundidade de embutimento. É o modo mais típico de chumbadores rasos.
- Fendilhamento: o concreto racha, perto de bordas ou em peças finas.
- Aderência (chumbador químico): falha combinada da resina com um cone raso.
Identificar o modo de falha faz parte do resultado, porque cada modo aponta uma causa diferente. A curva força × deslocamento dá a primeira pista: o escorregamento puro cai aos poucos até um patamar de atrito; o cone e o fendilhamento caem de repente; a falha do aço mostra escoamento e ruptura da haste. Depois do ensaio, o exame do que saiu confirma a leitura: a forma e o tamanho do cone, a trinca de fendilhamento, a resina que ficou presa à haste ou ao furo. O modo observado vai para o relatório junto com a força máxima.
Arrancamento de barras de aço no concreto
A aderência entre aço e concreto é medida pelo ensaio de arrancamento clássico da RILEM (RC6), hoje uma referência histórica: uma barra é concretada num cubo, com comprimento aderente curto, de 5 diâmetros, e tracionada enquanto se mede o deslizamento na extremidade livre. Numa barra nervurada que rompe por arrancamento, o pico coincide com o esmagamento do concreto entre as nervuras. Atenção a uma confusão comum: a ABNT NBR 7477, citada nas especificações de vergalhões, determina o coeficiente de conformação superficial por um ensaio de fissuração em tirantes de concreto, e não por arrancamento. O ensaio de tração da própria barra está em ensaio de tração.
Arrancamento de parafusos em madeira e em osso
Madeira (ASTM D1761-20). O prego, o grampo ou o parafuso é tracionado a velocidade constante até sair, e registra-se a carga máxima. Pelo Wood Handbook, do Serviço Florestal dos Estados Unidos, a resistência ao arrancamento de parafuso de madeira cresce com o quadrado da densidade da madeira e, dentro de limites, é proporcional à profundidade de rosca penetrada e ao diâmetro.
Parafusos ósseos (ASTM F543-23). No Anexo A3, o parafuso é inserido num bloco de espuma de poliuretano rígida padronizada (ASTM F1839), a 3 rpm, e arrancado a 5 mm/min. É ensaio exigido na aprovação regulatória de implantes ortopédicos, e a espuma substitui o osso para que o resultado seja reprodutível.
Como calcular: tensão de aderência e resistência
Todos os cálculos partem da força máxima medida. Barras e grampos resistem ao longo de todo o comprimento embutido, então a força é dividida pela área lateral de contato, π × diâmetro × comprimento aderente: o resultado é a tensão de aderência média, τ, em MPa. No grampo, o diâmetro usado é o do furo, preenchido pela calda, e o resultado, chamado qs, é a resistência da interface entre o solo e o grampo, dada em kPa.
No chumbador que rompe por cone, a resistência não depende da área de contato, e sim do volume de concreto que se desprende. Ela é calculada por uma fórmula empírica que cresce com a raiz quadrada da resistência do concreto e com a profundidade efetiva de embutimento, hef, elevada a 1,5. O coeficiente k1 é menor para concreto fissurado. O ACI 318-25 usa a mesma forma, com o coeficiente kc e a resistência cilíndrica f'c.
Duas correções completam o cálculo. Como os ensaios de uma série variam, o valor de projeto não é a média, e sim a resistência característica: a média menos um fator estatístico vezes o desvio-padrão. E, em campo, o deslocamento lido na cabeça de um tirante ou grampo inclui o alongamento elástico do trecho livre da barra, que se calcula pela lei de Hooke e se desconta antes de avaliar o deslizamento da ancoragem.
A tabela resume as fórmulas:
| Grandeza | Fórmula | Observação |
|---|---|---|
| Tensão de aderência média (barra embutida) | τ = F / (π·d·ℓb) | d é o diâmetro e ℓb o comprimento aderente |
| Resistência da interface solo-grampo | qs = Fmáx / (π·D·Lb) | D é o diâmetro do furo e Lb o trecho injetado; em kPa |
| Cone de concreto, chumbador isolado | N⁰Rk,c = k1·√fck,cube·hef1,5 | k1 = 10,1 não fissurado; 7,2 fissurado (ABECE, 2022) |
| Cone de concreto, ACI 318-25 | Nb = kc·√f'c·hef1,5 | kc = 10 pré-concretado; 7 pós-instalado |
| Resistência característica de uma série | Rk = Rm − kn·s | média menos um fator estatístico vezes o desvio-padrão |
| Alongamento elástico da barra livre (campo) | δ = F·Llivre / (E·A) | descontar do deslocamento medido na cabeça |
A tensão de aderência calculada é uma média: vale bem em comprimentos curtos, como os 5 diâmetros do ensaio RILEM. Em ancoragens longas, a tensão real se concentra no início do trecho aderente. Para projeto de armaduras, a NBR 6118 usa a resistência de aderência de cálculo fbd = η1·η2·η3·fctd, com η1 = 1,0 para barra lisa, 1,4 para entalhada e 2,25 para nervurada.
O gráfico abaixo mostra a fórmula do cone aplicada a um chumbador isolado em concreto de 30 MPa, em função da profundidade de embutimento. Como a resistência cresce com hef elevada a 1,5, dobrar a profundidade de 80 para 160 mm multiplica a resistência por 2,83. A curva do concreto fissurado fica cerca de 29 % abaixo da outra em toda a faixa, que é a razão entre os coeficientes 7,2 e 10,1.
Exercícios resolvidos de arrancamento
1. Tensão de aderência de barra. Uma barra nervurada de 10 mm, concretada com comprimento aderente de 50 mm (5 diâmetros), arrancou com 18,0 kN. A área lateral é π × 10 × 50 = 1.570,8 mm², e τ = 18.000 / 1.570,8 = 11,5 MPa.
2. Cone de concreto. Chumbador isolado, sem efeito de borda, com profundidade efetiva de 80 mm em concreto de 30 MPa (resistência cúbica). Não fissurado: 10,1 × √30 × 801,5 = 39,6 kN. Fissurado: 7,2 × √30 × 801,5 = 28,2 kN. São os dois pontos marcados em 80 mm no gráfico acima.
3. Grampo de solo grampeado. Bulbo de 0,10 m, trecho injetado de 3,0 m, força máxima de 60 kN. A área lateral é π × 0,10 × 3,0 = 0,9425 m², e qs = 60 / 0,9425 = 63,7 kPa, acima de um critério de projeto de 60 kPa.
4. Prova de carga em obra. Carga de serviço de 5,0 kN por chumbador e critério de 1,5 vez essa carga: Fprova = 7,5 kN, mantida sem movimento perceptível, com o macaco apoiado a mais de 120 mm (1,5 × 80 mm) do chumbador. A prova fica bem abaixo dos 28,2 kN de ruptura do exercício 2, como se espera de um ensaio que verifica a instalação.
5. Resistência característica de uma série. Cinco arrancamentos deram 24,1; 26,3; 25,0; 23,4 e 27,2 kN. A média é 25,2 kN e o desvio-padrão 1,56 kN. Com um fator estatístico de 2,33 para cinco ensaios (confira o fator na norma ou no documento de avaliação usado), Rk = 25,2 − 2,33 × 1,56 = 21,6 kN. Projetar pela média superestimaria a resistência em cerca de 17 %.
Erros comuns no ensaio de arrancamento
- Confundir pull-off com pull-out. Um mede aderência de camada, o outro extração de elemento embutido.
- Apoiar o macaco dentro do cone, a menos de 1,5 vez a profundidade de embutimento. O apoio confina o concreto e superestima a resistência.
- Tratar prova de carga como ensaio de ruptura. A resistência característica vem de ensaios até a ruptura, com tratamento estatístico.
- Projetar pela média em vez do valor característico.
- Não descontar o alongamento elástico da barra livre no deslocamento medido em campo.
- Aplicar a tensão média a ancoragens longas, onde a distribuição não é uniforme.
- Ignorar a fissuração do concreto, que reduz a resistência ao cone em cerca de 29 %.
- Usar célula de carga grande demais para forças pequenas, como as de fibras e parafusos ósseos: a exatidão só vale na faixa verificada da célula.
- Dizer que o ensaio de grampo não tem norma. A ABNT NBR 16920-2:2021 existe.
Normas do ensaio de arrancamento
A norma certa depende do elemento ensaiado e do mercado: as normas ABNT valem para obras e produtos no Brasil; ASTM e ACI são as referências nos Estados Unidos; na Europa, fixadores em concreto são avaliados pelo EAD 330232, que substituiu a ETAG 001. A tabela reúne as normas citadas neste guia, incluindo a do pull-off, que é outro ensaio:
| Norma | Aplicação | Edição |
|---|---|---|
| ABNT NBR 14827 | chumbadores em concreto ou alvenaria: tração e cisalhamento | 2002 |
| ASTM E488/E488M | resistência de chumbadores em concreto | E488-22 |
| EAD 330232-01-0601 | fixadores mecânicos em concreto (sucessora da ETAG 001) | 2019 |
| ACI 355.2 e ACI 355.4 | qualificação de chumbadores mecânicos e químicos | |
| ACI 318-25, capítulo 17 | cálculo de ancoragens em concreto | 2025 |
| ABNT NBR 5629 | tirantes ancorados no terreno | 2018 |
| ABNT NBR 16920-2 | solos grampeados | 2021 |
| ABNT NBR 16325-1 e -2 | dispositivos de ancoragem para trabalho em altura | 2024 |
| RILEM RC6 | arrancamento de barra de aço em concreto (referência histórica) | 1983 |
| ASTM D1761 | fixadores em madeira | D1761-20 (reaprovada em 2025) |
| ASTM F543 | parafusos ósseos metálicos | F543-23 |
| ABNT NBR 13528-1, -2 e -3 | aderência de argamassa (pull-off) | 2019 |
Máquina para ensaio de arrancamento em laboratório
A linha de máquinas universais da Biopdi faz ensaios de arrancamento em laboratório: a base prende o bloco com o material-base, um dispositivo engata o elemento, a célula de carga classe 1 mede a força e o software gera a curva força × deslocamento e o relatório. O painel abaixo mostra a máquina, a função de cada parte no ensaio e o dispositivo usado.
A máquina universal no ensaio de arrancamento
A linha M2 tem modelos de coluna simples, de 200 N a 10 kN, e de coluna dupla, de 5 kN a 1.000 kN. Cada parte da máquina tem uma função no ensaio:
- Travessa móvel traciona o elemento embutido
- Célula de carga mede a força, classe 1
- Garra e base prendem o elemento e o bloco
- Deslocamento curva força × deslocamento
- Software BioLab força máxima e relatório
- Painel e emergência posiciona e para o ensaio
Dispositivos para o ensaio de arrancamento
Os dispositivos abaixo são montados na mesma máquina, conforme o corpo de prova e a norma:
A capacidade da máquina segue a força esperada no arrancamento, que vai de centenas de newtons numa fibra a centenas de quilonewtons num chumbador estrutural. A tabela relaciona cada aplicação à faixa de força e ao modelo:
| Aplicação | Faixa | Modelo Biopdi |
|---|---|---|
| Fibras isoladas, pequenos insertos | 200 N a 1 kN | MBIOI-1P-M2 |
| Parafusos em madeira, parafusos ósseos, insertos em plástico | 2 a 10 kN | MBIOI-10-M2 |
| Fixadores, chumbadores pequenos, barras finas | 5 a 50 kN | MBIOII-50-M2 |
| Barras no concreto, vergalhões | 100 a 200 kN | MBIOII-200-M2 |
| Chumbadores estruturais em blocos de concreto | 300 a 1.000 kN | MBIOII-300-M2 e maiores |
Ensaios de campo, com macaco hidráulico em obra, são feitos por empresas de engenharia e laboratórios de campo; a máquina universal é equipamento de laboratório. Veja também o software de ensaio.
Outros ensaios e referências técnicas
Ensaios realizados na máquina universal Biopdi
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ASTM D3039: guia do ensaio de tração de compósitos de matriz polimérica, com corpo de prova com tabs, módulo de corda de 1.000 a 3.000 µε e o código de falha.
Perguntas frequentes
O que é um teste de arrancamento?
É o ensaio que traciona um elemento embutido, como chumbador, barra, grampo ou parafuso, até arrancá-lo do material-base ou até uma carga de prova, medindo força e deslocamento. Dá a resistência da ancoragem e a tensão de aderência.
Qual é a norma para o ensaio de arrancamento?
Depende do elemento: ABNT NBR 14827 e ASTM E488 para chumbadores, NBR 5629 para tirantes, NBR 16920-2 para grampos de solo grampeado, NBR 16325 para ancoragens de trabalho em altura, ASTM D1761 para madeira e ASTM F543 para parafusos ósseos. Para argamassa, o ensaio é de pull-off, pela NBR 13528.
Como é feito o ensaio de arrancamento?
Em campo, com macaco hidráulico vazado apoiado fora do cone, bomba com manômetro e relógio comparador, aplicando a carga em estágios. Em laboratório, numa máquina universal de ensaios com dispositivo de arrancamento e célula de carga, levantando a curva força × deslocamento até a ruptura.
O que é o ensaio de arrancamento de grampos?
É o ensaio de campo que traciona o grampo com macaco hidráulico, em estágios, lendo o deslocamento da cabeça, para obter a resistência da interface solo-grampo exigida no projeto, pela ABNT NBR 16920-2:2021. A resistência é qs = F / (π·D·L).
O que é o ensaio de arrancamento de cerâmica?
É um ensaio de pull-off: uma pastilha metálica é colada sobre a placa ou o revestimento e tracionada perpendicularmente, para medir a aderência. Está explicado no artigo sobre ensaio de aderência.
O que é pull-out test?
É o nome em inglês do ensaio de arrancamento. No setor solar, a sigla POT designa o ensaio de arrancamento das estacas das estruturas fotovoltaicas, que simula o esforço do vento.
Qual a diferença entre pull-out e pull-off?
O pull-out arranca um elemento embutido, e a resistência vem de aderência, atrito, intertravamento ou do cone de ruptura. O pull-off traciona uma pastilha colada sobre uma camada, para medir a aderência dessa camada.
Como calcular a tensão de aderência?
Divida a força de arrancamento pela área lateral de contato: τ = F / (π·d·ℓ). Uma barra de 10 mm com 50 mm de comprimento aderente que arranca com 18 kN tem 11,5 MPa.
Por que o chumbador arranca um cone de concreto?
Porque a tração se distribui num tronco de cone ao redor da ponta, com raio de cerca de 1,5 vez a profundidade de embutimento. Por isso a resistência cresce com a profundidade elevada a 1,5 e com a raiz da resistência do concreto.
Qual a carga de prova de um chumbador?
É definida em projeto e fica acima da carga de serviço e bem abaixo da ruptura. Na prática internacional, usa-se 1,5 vez a carga aplicada (BS 8539). A prova verifica a instalação; não mede a resistência última.
A Biopdi faz ensaio de arrancamento em campo?
Não. A Biopdi fabrica máquinas universais de ensaios para laboratório, que fazem o arrancamento com dispositivo próprio e curva completa até a ruptura. O ensaio em obra usa macaco hidráulico e é feito por empresas de engenharia.