Características das vigas

Os diversos testes especificados para avaliação da tenacidade do concreto reforçado com fibras de aço apresentam diferenças na definição do tamanho e das relações altura-vão e altura-largura das vigas (GOPALARATNAM; GETTU, 1995). Estas diferenças na geometria das vigas dificultam a comparação entre resultados de ensaios obtidos por diferentes normalizações e, além disso, outras desvantagens são apontadas por diversos pesquisadores no que se refere à utilização de diferentes geometrias de vigas.

Jamet et al. (1995) verificaram que as curvas carga por deslocamento obtidas do ensaio de vigas de menor relação altura-largura apresentam um comportamento após fissuração de amolecimento, enquanto que as curvas obtidas do ensaio de vigas com maior relação altura-largura apresentaram um comportamento de endurecimento após a fissuração.

Chen, Mindess e Morgan (1994) verificaram que há influência significativa do tamanho da viga na tensão e deslocamento na primeira fissura e na máxima resistência à flexão, o que está de acordo com a teoria, pois, conforme a Equação 6, o deslocamento na primeira fissura é dependente da geometria da viga.

Outro fator referente à geometria da viga que pode exercer influência significativa nos resultados dos ensaios de flexão é a presença de entalhes na sua parte inferior que servem para criar uma região de menor seção transversal e, conseqüentemente, de início e propagação da fissura.

De acordo com Stang, Gettu e Barr (2000), a utilização de vigas com entalhes para a medida de tenacidade do concreto reforçado com fibras de aço por meio do ensaio de tração direta ou por meio do ensaio de flexão foi proposta primeiramente por Barr e outros autores na década de 80. Posteriormente, outros pesquisadores como: Barr et al. (1996); Jamet et al. (1995); RILEM TC 162-TDF (2002) e Taylor, Lydon e Barr (1997) indicaram a utilização de vigas com entalhes para avaliar o concreto reforçado com fibras de aço.

Para Gopalaratnam e Gettu (1995), tem-se tornado comum a utilização do ensaio de flexão a quatro pontos com vigas com entalhes na parte inferior do vão médio. Contudo, consideram mais indicada a utilização do ensaio de flexão a três pontos para as vigas com entalhes (Figura 16). Para os autores, a configuração apresentada na Figura 16 apresenta numerosas vantagens, sendo que a estabilidade do ensaio é garantida durante todo o

teste, mesmo para concretos não reforçados ou concretos de alta resistência com baixo teor de fibras.

Jamet et al. (1995) também apresentam algumas vantagens da utilização do ensaio de flexão a três pontos com entalhe na parte inferior, sendo elas: a facilidade de fabricar e testar esta viga; a indução do surgimento de uma única fissura em local pré-definido que torna a análise e modelagem do ensaio mais simplificada; a localização da fissura em um único plano pela presença do entalhe reduz a variabilidade do ensaio e a não simetria das deformações nas laterais da viga, o que normalmente ocorre nas vigas sem entalhes e permite a realização do teste de forma mais estável, pois é possível controlar a velocidade de carregamento em função da abertura de fissura.

Diferente do que ocorre nas vigas sem entalhes, no ensaio de vigas com entalhes a deformação causada pela aplicação da carga ocorre sempre em um único plano, ou local, onde se encontra o entalhe, sendo que o restante da viga não sofre significativa influência das deformações inelásticas. Isto minimiza a energia dissipada ao longo de toda a viga e, por isso, toda a energia absorvida pode ser diretamente atribuída à fratura ao longo do plano do entalhe e, conseqüentemente, a energia dissipada durante o teste pode ser diretamente correlacionada com a resposta do material (GOPALARATNAM; GETTU, 1995).

Barr et al. (1996) também concordam que a utilização de vigas com entalhe minimiza a dissipação de energia ao longo do ensaio, focando o ensaio no comportamento do material apenas ao longo da formação e abertura da fissura.

Robins et al. (2001) verificaram, em estudo experimental, que a maioria das vigas que possuíam o entalhe rompeu no meio do vão, ou seja, no local do entalhe, enquanto que aquelas que não possuíam entalhe não apresentaram um local preferencial para o surgimento da fissura. Para estes autores, este fato explica a alta dispersão dos resultados de ensaios de flexão em vigas sem a presença dos entalhes. Aliado a isso, quando a fissura não ocorre no meio do vão e a leitura do deslocamento é feita nesta região, o valor de deslocamento medido é menor do que o valor do deslocamento real, uma vez que o máximo deslocamento ocorre no local da fissura.

Outra vantagem da utilização de vigas com entalhe, apontada por Gopalaratnam e Gettu (1995), está associada à possibilidade de caracterização da tenacidade do compósito em termos da medida da abertura de fissura, sendo que esta medida está menos

sujeita a erros do que a medida do deslocamento (GOPALARATNAM et al., 1991; JAMET et al., 1995). Além disso, para alguns autores a medida da abertura de fissuras pode ser utilizada como um parâmetro para definir níveis de aplicação e serviço do concreto reforçado com fibras de aço (TAYLOR, LYDON; BARR, 1997).

Trabalho realizado por Bryars et al. (1994, apud GOPALARATNAM e GETTU, 1995) indica que parâmetros de tenacidade obtidos da curva carga por abertura de fissuras são independentes do tamanho da viga avaliada. Contudo, consideram este trabalho preliminar e indicam a necessidade de serem realizados maiores estudos a respeito da utilização destes parâmetros para caracterizar o concreto reforçado com fibras de aço.

Apesar das vantagens do emprego de vigas com entalhes para a avaliação do concreto reforçado com fibras de aço, a forma com que é garantida a presença do entalhe, se serrado após a moldagem e cura da viga, ou se confeccionado durante a moldagem por meio de alterações no molde da viga, é um fator que influencia bastante nos resultados do ensaio de flexão.

Ao induzir a presença do entalhe na viga por meio de alteração no molde, cria- se uma região, no molde, preferencial para o acúmulo e o alinhamento das fibras, o que gera uma distorção nos resultados do ensaio, pois garante que, na região mais crítica em termos de carregamento, há uma maior concentração e alinhamento de fibras podendo causar a superestimação da capacidade de suporte do concreto reforçado com fibras de aço.

A influência do alinhamento das fibras causada pela confecção do entalhe por meio de alterações no molde da viga pode ser verificada nas curvas carga por deslocamento obtidas por Jones (1998) em ensaios de flexão, e apresentados na Figura 21.

Os resultados da Figura 21 mostram que as vigas com 60 mm de altura, sendo 10 mm correspondendo ao entalhe na parte inferior, apresentaram curvas com valores de carga superiores às cargas apresentadas pelas vigas com 50 mm de altura e sem a presença de entalhes, enquanto que os resultados deveriam ser semelhantes.

Barragán et al. (2000) verificaram que a utilização de reentrâncias no molde para a confecção de entalhes em corpos-de-prova cilíndricos de concreto reforçado com fibras de aço proporcionaram o acúmulo de uma maior quantidade de fibra na camada imediatamente superior ao entalhe, bem como um alinhamento preferencial das fibras nesta região. Tais autores observaram também que, quanto mais enérgico é o adensamento

(vibrado), maior é a quantidade de fibra posicionada na parte inferior do molde, bem como maior é o alinhamento destas.

Figura 21 : Curvas carga por deslocamento para vigas de concreto reforçado com fibras de aço, com consumo de fibras de 40 kg/m3, para vigas com entalhe e para vigas sem entalhe.

(JONES, 1998)

Verifica-se, nos diversos trabalhos utilizando vigas com entalhe para o ensaio de flexão do concreto reforçado com fibras de aço, que não há um consenso entre os pesquisadores do tamanho que deve ter o entalhe. Gopalaratnam et al. (1991) utilizaram vigas com relação altura do entalhe por altura da viga igual a 0,125, enquanto que no trabalho de Jamet et al. (1995) esta relação é igual a 0,275. A RILEM TC 162-TDF (2000a) recomenda que, para vigas de 150x150x550 mm3, com 450 mm de vão, o entalhe deve possuir uma altura de 25 mm e uma espessura de 3 mm, ou seja uma relação altura do entalhe por altura da viga de 0,167. Taylor, Lydon e Barr (1997) empregaram vigas de 100x100x500 mm3 com entalhe de 50 mm de altura, ou seja, uma relação altura do entalhe por altura da viga de 0,5, muito maior do que as utilizadas por outros pesquisadores.