Ensaio de compressão: o que é, como calcular, concreto (NBR 5739 e fck) e normas

O ensaio de compressão aplica uma força axial crescente para encurtar um corpo de prova e medir sua resistência e deformação. A resistência à compressão é a força máxima dividida pela área inicial da seção, σ = F / A₀, em MPa. No concreto, pela ABNT NBR 5739:2018, f_c = 4F / (πD²): um cilindro de 10 × 20 cm que rompe com 236 kN tem 30,0 MPa.

É o ensaio que aprova o concreto de uma obra, mede o escoamento de metais em compressão e qualifica plásticos, espumas, madeira, molas e embalagens. Neste guia estão o que o ensaio mede, o corpo de prova, a curva de cada tipo de material, as fórmulas, o passo a passo da NBR 5739, o que é o fck e como calculá-lo, o ensaio em outros materiais, exercícios resolvidos, as normas e como escolher a máquina.

Na foto, um cilindro de concreto rompido entre os pratos da prensa: as trincas inclinadas formam cones, a forma típica de ruptura do concreto nesse ensaio.

O que é o ensaio de compressão

No ensaio de compressão, o corpo de prova fica entre dois pratos paralelos, e a máquina os aproxima com velocidade controlada. Força e encurtamento são registrados até a ruptura ou até um limite de deformação definido pela norma. É o oposto do ensaio de tração, que traciona o corpo de prova, e faz parte dos ensaios mecânicos básicos.

Dos registros de força e encurtamento saem as propriedades mecânicas do material em compressão:

• Resistência à compressão: a maior tensão que o material suporta antes de romper, ou seja, a força máxima dividida pela área inicial, em MPa. Por ser tensão, e não força, ela permite comparar corpos de prova de tamanhos diferentes.
• Limite de escoamento em compressão: a tensão em que começa a deformação permanente. É o valor que se relata nos metais dúcteis.
• Módulo de elasticidade: a inclinação do trecho inicial reto da curva. Mede a rigidez: quanto maior o módulo, menos o material encurta sob a mesma tensão.
• Deformação elástica e plástica: a elástica desaparece quando a carga é retirada; a plástica fica. A curva mostra onde termina uma e começa a outra.
• Modo de falha: se o corpo de prova rompe em cones, num plano inclinado, em estilhaços, ou se apenas se achata. No concreto, o tipo de ruptura faz parte do resultado e aponta defeitos de preparo.

Com esses valores se dimensionam pilares, fundações e peças comprimidas, se escolhe entre materiais, se controla a qualidade de lotes e se acompanha o desenvolvimento de novas composições. O ensaio também mede como a temperatura, a umidade ou o envelhecimento mudam a resistência, e serve para validar modelos numéricos, como os de elementos finitos, comparando a curva medida com a calculada. É um ensaio destrutivo: o corpo de prova sai rompido ou amassado, e por isso é retirado de uma amostra representativa do lote.

A resistência à compressão só faz sentido para materiais que rompem com um pico claro de força, como concreto, ferro fundido e cerâmicas, que são frágeis. Metais dúcteis não rompem em compressão: achatam e embarrilam, isto é, encurtam e se alargam no meio, em forma de barril. Neles, a ASTM E9 manda relatar o escoamento em compressão ou a tensão numa deformação especificada, porque a "resistência" dependeria só de quanto se amassou o corpo de prova. Os dois esquemas abaixo mostram essa diferença: à esquerda, o corpo de prova que encurta e se alarga, com as alturas e os diâmetros inicial e final; à direita, o material frágil que rompe num plano inclinado entre os pratos.

Corpo de prova para ensaio de compressão

O corpo de prova é uma amostra com forma e dimensões fixadas pela norma do material, para que laboratórios diferentes cheguem a resultados comparáveis. O cilindro é o formato mais comum; plásticos, madeira e espumas também usam prismas e cubos. Três cuidados valem para todos:

• Relação altura/diâmetro (h/d). Um corpo de prova alto e esbelto tende a flambar, isto é, a se curvar para o lado antes de romper por compressão. Um corpo de prova muito curto sofre mais o atrito com os pratos, que impede as faces de se expandirem, e rompe com força maior do que o material de fato suporta. Por isso cada norma fixa o h/d: no concreto ele é 2, e corpos de prova mais curtos têm a força corrigida.
• Faces planas, paralelas e perpendiculares ao eixo. Sem isso, a carga se concentra num lado e o corpo de prova rompe antes da hora. As faces são usinadas ou retificadas; no concreto também se usa o capeamento, uma camada fina que regulariza a face, ou um apoio não aderente de neoprene.
• Dimensões medidas, não nominais. A área que entra no cálculo vem do diâmetro ou dos lados medidos no próprio corpo de prova.

O corpo de prova não pode ter trincas, vazios ou rebarbas, e é identificado com o material, o lote e a idade ou a condição de ensaio. As dimensões de cada norma estão nas seções sobre o concreto e sobre os outros materiais, mais adiante.

Curva tensão-deformação em compressão

Durante o ensaio, o software divide a força pela área inicial e o encurtamento pela altura inicial e traça a curva tensão-deformação. Cada classe de material dá uma curva de forma diferente, e é essa forma que decide o que se relata no ensaio. O gráfico abaixo compara três casos: o metal dúctil, cuja curva sobe sem pico porque ele se achata sem romper; o concreto, frágil, que chega a um pico e cai quando rompe; e a espuma rígida, que depois do trecho elástico forma um platô enquanto as células colapsam.

No metal, o trecho inicial é reto, como na tração, e o escoamento é lido pelo método do offset de 0,2 %, explicado em "Como calcular", logo a seguir. No concreto e nos outros materiais frágeis, o valor que interessa é o pico. Na espuma, que muitas vezes não tem pico, relata-se a tensão numa deformação fixa. A tabela resume, material por material, como ele deforma e falha, o que se relata e a norma:

Material	Como deforma e falha	O que se relata	Norma
Metais dúcteis (aço, alumínio, cobre)	embarrila, não rompe	escoamento a 0,2 %, módulo, curva	ASTM E9
Ferro fundido cinzento	fratura por cisalhamento em plano inclinado	resistência máxima	ASTM E9
Concreto	cones e cisalhamento (tipos A a G)	fc e fck do lote	ABNT NBR 5739
Cerâmicas técnicas	estilhaçamento	resistência máxima	ASTM C773 (cerâmica branca, whiteware)
Plásticos rígidos	escoamento ou esmagamento	resistência, escoamento e módulo	ASTM D695, ISO 604
Espumas rígidas	colapso das células	tensão a 10 % de deformação	ISO 844, ASTM D1621
Madeira	esmagamento das fibras	fc0 paralela às fibras, a 12 % de umidade	ABNT NBR 7190-3

Por que o metal embarrila. O atrito com os pratos impede as faces de se expandirem, enquanto o meio do corpo de prova se alarga livremente. O efeito aumenta a força aparente; reduz-se com lubrificante nas faces (teflon ou parafina) e com a relação altura/diâmetro da norma. A foto abaixo mostra o resultado num cilindro de alumínio: à esquerda, o corpo de prova original; à direita, o mesmo depois da compressão, mais baixo, mais largo no meio e sem nenhuma trinca.

Por que o frágil rompe inclinado. Na compressão uniaxial, a tensão de cisalhamento máxima atua em planos a cerca de 45° do eixo. O atrito com os pratos altera esse ângulo, e no concreto gera os cones característicos.

Por que concreto e ferro fundido resistem mais à compressão do que à tração. Microfissuras e flocos de grafita abrem trincas quando tracionados e tendem a se fechar quando comprimidos. O ferro fundido cinzento classe 30 tem cerca de 752 MPa em compressão contra 207 MPa em tração; a alumina, cerca de 2.100 MPa em compressão contra 345 MPa em flexão; um concreto de 30 MPa de resistência à compressão tem tração média de apenas 2,9 MPa pela NBR 6118, perto de 10 % disso.

Como calcular a resistência à compressão

O cálculo segue a lógica da tração: tensão é a força dividida pela área inicial, e deformação é o encurtamento dividido pela altura inicial. O módulo de elasticidade exige medir o encurtamento no próprio corpo de prova, com um compressômetro, que é o extensômetro montado para compressão; o deslocamento dos pratos soma a deformação da máquina e daria um módulo menor que o real. A tabela reúne as fórmulas:

Grandeza	Fórmula	Unidade e observação
Tensão de compressão	σ = F / A0	MPa (N/mm²); A0 é a área inicial
Resistência do cilindro de concreto	fc = 4F / (π·D²)	MPa, com 3 algarismos significativos (NBR 5739)
Deformação	ε = ΔL / L0	encurtamento sobre a altura inicial
Módulo de elasticidade em compressão	E = Δσ / Δε no trecho linear	GPa; exige compressômetro ou extensômetro
Escoamento em compressão (metais)	offset de 0,2 %, como na tração	MPa (ASTM E9)

O escoamento pelo offset se lê traçando uma reta paralela ao trecho reto da curva, deslocada 0,2 % no eixo da deformação: onde ela cruza a curva está o limite de escoamento. As fórmulas do fck, que tratam o conjunto de resultados de um lote de concreto, estão na seção sobre o fck, mais adiante.

Exemplo. Um corpo de prova de concreto com diâmetro médio de 100,2 mm rompeu com 248,6 kN aos 28 dias. A área é π × 100,2² / 4 = 7.885 mm², então f_c = 248.600 / 7.885 = 31,5 MPa.

Ensaio de compressão do concreto: NBR 5739 passo a passo

A ABNT NBR 5739:2018 é a norma do ensaio de corpos de prova cilíndricos de concreto moldados conforme a NBR 5738, e de testemunhos, que são cilindros extraídos da estrutura pronta conforme a NBR 7680-1. Na obra, os corpos de prova são moldados com o concreto entregue, curados e rompidos numa idade definida, e cada resultado entra no controle do lote, tratado na seção sobre o fck. Esse controle trabalha com exemplares: pela NBR 12655, cada exemplar reúne dois corpos de prova da mesma amassada, rompidos na mesma idade, e vale o maior dos dois resultados.

1. Corpo de prova. Cilindro de 10 × 20 cm ou 15 × 30 cm, moldado pela NBR 5738. A relação altura/diâmetro nunca pode passar de 2,06; abaixo de 1,94, a força é corrigida (tabela logo após os passos).
2. Cura. Úmida ou saturada até a idade de ensaio: em câmara úmida a 23 ± 2 °C com umidade acima de 95 %, ou em solução saturada de hidróxido de cálcio, depois de pelo menos 24 h nos moldes.
3. Preparo das bases. Retificação, capeamento ou dispositivo não aderente (neoprene). Bases mal preparadas causam as rupturas F e G.
4. Dimensões. Paquímetro com resolução de 0,1 mm; diâmetro pela média de duas medidas ortogonais a meia altura.
5. Idade. A referência é 28 dias, com tolerância de ± 24 h. Também se rompe com 24 h (± 0,5 h), 3 dias (± 2 h), 7 dias (± 6 h), 63 dias (± 36 h) e 91 dias (± 48 h).
6. Máquina. Calibrada pela ABNT NBR ISO 7500-1 a cada 12 meses, no máximo, com escala tal que a ruptura caia no intervalo calibrado. O corpo de prova é centrado no prato.
7. Carregamento. Contínuo e sem choques, a 0,45 ± 0,15 MPa/s, o que dá cerca de 3,5 kN/s no 10 × 20 e 8,0 kN/s no 15 × 30. Só se para quando a queda de força indica a ruptura.
8. Cálculo. f_c = 4F / (πD²), em MPa, com três algarismos significativos.
9. Tipo de ruptura. Registrar o tipo, de A a G.

A correção compensa o efeito descrito na seção sobre o corpo de prova: o cilindro mais curto rompe com força maior. O fator reduz a força medida à que um cilindro com h/d = 2 teria dado:

h/d	2,00	1,75	1,50	1,25	1,00
Fator de correção da força (NBR 5739, Tabela 2)	1,00	0,98	0,96	0,93	0,86

Tipos de ruptura (Anexo A da NBR 5739). A: cônica, e cônica afastada 25 mm do capeamento. B: cônica e bipartida, ou cônica com mais de uma partição. C: colunar com formação de cones. D: cônica e cisalhada. E: cisalhada. F: fraturas no topo ou na base, abaixo do capeamento. G: semelhante à F, com fraturas perto do topo. Quando os corpos de prova de um mesmo exemplar dispersam muito, a ruptura costuma ser F ou G, sinal de defeito de moldagem ou de preparo das bases.

Nos Estados Unidos vale a ASTM C39, com carregamento de 0,25 ± 0,05 MPa/s, cerca de metade do brasileiro. Resultados feitos pelas duas normas não se comparam sem cuidado.

fck: o que é, fórmula e o que significa fck 30 MPa

Três siglas se confundem. f_c é o resultado de um corpo de prova. f_cm é a média dos resultados. f_ck é a resistência característica: o valor com 95 % de probabilidade de ser superado, aos 28 dias. A diferença entre a média e o fck depende de quanto os resultados variam, medido pelo desvio-padrão s_d; o 1,65 das fórmulas é o quantil de 5 % da distribuição normal.

• Na dosagem (NBR 12655): f_cm = f_ck + 1,65·s_d. Sem histórico, o desvio-padrão é adotado pela condição de preparo: 4,0 MPa (A), 5,5 MPa (B) ou 7,0 MPa (C). Para fck 30 MPa, a média-alvo é 36,6, 39,1 ou 41,6 MPa.
• No controle do lote (20 ou mais exemplares): f_ck,est = f_cm − 1,65·s_d. O lote é aceito se f_ck,est ≥ f_ck.
• fck 30 MPa quer dizer que o concreto foi especificado para que, no máximo, 5 % dos resultados aos 28 dias fiquem abaixo de 30 MPa.

O gráfico abaixo mostra essa distribuição num concreto de fck 30 MPa dosado na condição A: os resultados se distribuem em torno da média de 36,6 MPa, e só a cauda de 5 % fica abaixo de 30 MPa.

O erro mais comum é comparar a média com o fck. Um lote de 24 exemplares com média de 34,0 MPa e desvio de 2,5 MPa tem f_ck,est = 34,0 − 1,65 × 2,5 = 29,9 MPa: não atende a um fck de 30 MPa, embora a média esteja 4 MPa acima. O fck também dá nome às classes de resistência: pela NBR 8953, o número depois do C é o fck em MPa, e as classes do grupo I vão de C10 a C50. O C20 é o mínimo para concreto armado e o C25 para protendido, pela NBR 6118. Teste os números na calculadora abaixo.

Ensaio de compressão em metais, plásticos, cerâmicas e outros materiais

Fora do concreto, a norma, o corpo de prova e o que se relata mudam conforme o material.

Metais (ASTM E9). O ensaio é usado em aço estrutural, alumínio e ligas de titânio, entre outros. A norma prevê corpos de prova cilíndricos curtos, médios e longos; para medir a resistência de materiais de alta resistência, as melhores relações comprimento/diâmetro são 1,5 e 2,0. Os riscos são a flambagem, em corpo de prova esbelto ou desalinhado, e o embarrilamento. O prato superior com assento esférico, que se inclina para acompanhar a face do corpo de prova, compensa pequenas faltas de paralelismo. Aço estrutural tem escoamento em compressão praticamente igual ao de tração, de 250 a 500 MPa nos aços comuns.

Plásticos (ASTM D695 e ISO 604). A D695 usa prisma de 12,7 × 12,7 × 25,4 mm ou cilindro de 12,7 × 25,4 mm, a 1,3 mm/min; a ISO 604 usa 10 × 10 × 4 mm. As duas não dão números comparáveis, porque geometria e velocidade são diferentes. Como na tração, o resultado dos plásticos depende da temperatura e da umidade, e o corpo de prova é condicionado antes do ensaio.

Cerâmicas. Alumina, nitreto de silício e outras cerâmicas técnicas rompem de uma vez, estilhaçando, sem deformação plástica, e relata-se a resistência máxima. Como qualquer desalinhamento concentra tensão num material que não escoa para aliviá-la, o paralelismo das faces é crítico. Nas cerâmicas porosas, usadas em filtros e suportes de catalisadores, a resistência cai à medida que a porosidade aumenta.

Compósitos. Em compósitos de fibra de carbono ou de vidro, a resistência à compressão depende da direção das fibras, por isso o ensaio é feito nas direções que interessam ao projeto. Corpos de prova finos tendem a flambar, e o resultado também muda com a temperatura e a umidade.

Espumas rígidas (ISO 844, ASTM D1621 e EN ISO 29469, que substituiu a EN 826). Como muitas não têm pico, a norma manda relatar a tensão a 10 % de deformação. Isolamento de EPS fica na faixa de 100 a 500 kPa, conforme a densidade.

Madeira (ABNT NBR 7190-3). A resistência paralela às fibras é medida a 12 % de umidade; nas espécies usadas em estrutura, fica tipicamente entre 30 e 70 MPa.

Componentes. Molas, embalagens, papelão ondulado e tubos plásticos também são ensaiados em compressão, com pratos, medindo força a um deslocamento definido.

Compressão simples e ensaio triaxial de solos são outra família de ensaio, com normas próprias; veja ensaio triaxial.

Compressão axial e compressão diametral

Na compressão axial, o cilindro fica em pé e mede-se a resistência à compressão (NBR 5739). Na compressão diametral, o "ensaio brasileiro" da ABNT NBR 7222:2011, o cilindro é deitado e a carga ao longo da geratriz provoca tração no plano diametral: f_ct,sp = 2F / (π·d·L), a 0,05 ± 0,02 MPa/s. Um 10 × 20 de concreto C30 que rompe deitado com 100 kN tem 3,18 MPa de tração indireta; em pé, precisaria de 236 kN para chegar a 30 MPa.

Exercícios resolvidos de compressão

1. Testemunho com h/d baixo. Um testemunho de 100 mm de diâmetro e 175 mm de altura (h/d = 1,75) rompeu com 200 kN. Como h/d < 1,94, a força é multiplicada por 0,98: 196,0 kN. f_c = 4 × 196.000 / (π × 100²) = 25,0 MPa. Sem a correção, daria 25,5 MPa.

2. Dosagem. Para fck = 30 MPa na condição B (s_d = 5,5 MPa): f_cm = 30 + 1,65 × 5,5 = 39,1 MPa.

3. Metal, ASTM E9. Corpo de prova de aço de 12,7 × 25,4 mm (A₀ = 126,7 mm²). No trecho linear, a força passou de 5 kN a 25 kN enquanto o compressômetro leu de 0,000197 a 0,000986 de deformação. Tensões: 39,5 e 197,3 MPa. E = (197,3 − 39,5) / (0,000986 − 0,000197) ≈ 200 GPa. O escoamento a 0,2 % ocorreu a 40,0 kN: σ_e = 40.000 / 126,7 = 316 MPa. Continuando o ensaio, o corpo de prova embarrila e a força sobe sem pico.

4. Capacidade da prensa. Um laboratório rompe cilindros 15 × 30 de até C40, com média de dosagem de 46,6 MPa. A força esperada é 46,6 × 17.671 mm² = 823 kN. Uma prensa de 600 kN não serve; a de 1.000 kN serve. No 10 × 20 da mesma classe, a força é 366 kN, e 600 kN atendem com folga.

Erros comuns no ensaio de compressão

1. Citar a NBR 5739 antiga. A vigente é a de 2018.
2. Bases não paralelas ou mal preparadas. Concentram tensão e produzem rupturas F e G.
3. Corpo de prova fora de centro. Gera flexão e reduz o resultado.
4. Velocidade errada. Carregar rápido demais superestima a resistência.
5. Esquecer a correção h/d abaixo de 1,94, ou ensaiar acima de 2,06.
6. Idade fora da tolerância (28 dias ± 24 h).
7. Confundir f_c, f_cm e f_ck. Comparar a média com o fck aceita lotes que não atendem.
8. Confundir slump com resistência. "Slump 12 ± 2" é o abatimento do concreto fresco, de 100 a 140 mm: mede consistência, não resistência.
9. Relatar "resistência à ruptura" de metal dúctil. Não existe: relata-se o escoamento.
10. Medir o módulo pelo deslocamento dos pratos. Inclui a deformação da máquina e subestima o módulo.

Normas do ensaio de compressão

A norma depende do material e, no concreto, também da etapa: moldagem, ensaio, controle do lote e classificação têm normas próprias. A tabela reúne as mais usadas:

Norma	Aplicação	Edição
ABNT NBR 5739	concreto, corpos de prova cilíndricos	2018
ABNT NBR 5738	moldagem e cura dos corpos de prova	2015
ABNT NBR 12655	preparo, controle e aceitação do concreto (fck)	2022
ABNT NBR 8953	classes de resistência do concreto	2015
ABNT NBR 7680-1	testemunhos extraídos da estrutura	2015
ABNT NBR 7222	tração por compressão diametral	2011
ASTM C39/C39M	concreto (EUA)
ASTM E9	metais	E9-19 (reaprovada em 2025)
ASTM D695 e ISO 604	plásticos rígidos	ISO 604:2002
ISO 844, ASTM D1621, EN ISO 29469	espumas rígidas (a EN ISO 29469:2022 substituiu a EN 826, retirada)	ISO 844:2026
ABNT NBR 7190-3	madeira	2022
ABNT NBR ISO 7500-1	calibração da máquina	2023

Máquina para ensaio de compressão: prensa ou máquina universal

A prensa de compressão é dedicada: alta capacidade e só compressão, ideal para rotina de concreto. A máquina universal de ensaios com pratos de compressão faz também tração, flexão e cisalhamento, com controle de velocidade e extensometria, e é a escolha de quem também ensaia aço, plásticos ou madeira.

Nos dois casos, as partes são as mesmas: uma estrutura rígida, que não pode deformar junto com o corpo de prova; o sistema que aproxima os pratos com velocidade controlada; a célula de carga, que mede a força; a medição da deformação, por compressômetro no corpo de prova ou pelo deslocamento da travessa corrigido; e o software, que controla o ensaio, traça a curva e emite o relatório. A máquina universal da Biopdi é eletromecânica: um motor aciona os fusos que movem a travessa.

A capacidade tem de cobrir a média real do lote com folga, e não só o fck, e o tamanho do corpo de prova pesa tanto quanto a classe: o 10 × 20 exige cerca de 44 % da força do 15 × 30 para a mesma resistência. O gráfico abaixo mostra a força que rompe os dois cilindros em cada classe, de C20 a C50, comparada às capacidades de 300, 600 e 1.000 kN.

O painel abaixo mostra a máquina universal, o papel de cada parte no ensaio de compressão e os pratos usados.

A tabela liga cada aplicação à faixa de força e ao equipamento Biopdi:

Aplicação em compressão	Faixa	Equipamento Biopdi
Espumas, molas pequenas, embalagens leves	200 N a 10 kN	MBIOI-1P-M2 e MBIOI-10-M2
Plásticos (D695), madeira, metais pequenos	5 a 50 kN	MBIOII-50-M2
Concreto 10 × 20 até C25 (no C30 só a média cabe)	300 kN	MBIOII-300-M2
Concreto 10 × 20 até C50; 15 × 30 até cerca de C30	600 kN	MBIOII-600-M2
Concreto 15 × 30 de classes altas	1.000 kN	MBIOII-1000-M2
Rotina dedicada de compressão	sob consulta	Prensa elétrica e hidráulica

Detalhes de funcionamento em máquina universal de ensaio. Para solos, a Biopdi tem a prensa CBR e Marshall.

Vídeos de ensaio de compressão

Ensaios de compressão em máquina universal de ensaios Biopdi, incluindo compressão de molas na versão portátil.