Considerações sobre os Efeitos Dependentes do Tempo e do Ambiente

Além da extrema importância de se conhecer as propriedades do sistema de conexão entre os materiais da estrutura mista, sua vida útil também está relacionada a outros fatores que podem ser relevantes. Dentre esses fatores, são citados na bibliografia: fluência, retração, amplitude

térmica e umidade.

Numa análise mais rigorosa, a história do carregamento também deve ser considerada, isto é, os efeitos de carregamentos estáticos e/ou cíclicos sobre a estrutura. O comportamento de estruturas de pisos e tabuleiros, por exemplo: escritórios, escolas e pontes, submetidos a uma parcela de carregamento permanente e outra transitória, devem ser tratados de forma diferenciada daquelas estruturas, nas quais as ações de utilização podem ser consideradas como atuantes de longa duração.

BRADFORD & GILBERT (1992) apontam as considerações dos efeitos dependentes do tempo e da história do carregamento como algumas das principais dificuldades encontradas na elaboração de um projeto de estruturas mistas. No caso dos efeitos dependentes do tempo, a retração e a fluência, são responsáveis por acréscimo da deformação de deslizamento, que por sua vez ocasionará aumento do deslocamento vertical do elemento estrutural.

Num estudo desenvolvido por AHMADI & SAKA (1993), buscaram-se avaliar a confiabilidade e eficiência de lajes de uso residencial em concreto-madeira providas de conectores mecânicos, durante a vida útil da estrutura. Nos ensaios, cada laje recebeu carregamento cíclico, com aumento de carga gradativo até 15 kN e descarga gradual até zero. Após 100 ciclos de carga, aplicava-se o carregamento de ruptura. A escolha do valor de 15 kN deveu-se ao fato desse valor causar tensões normais de flexão maiores que a tensão originada da correspondente carga de resistência dos conectores.

É importante ressaltar que o simples fato de se alcançar um carregamento que supere a capacidade máxima dos conectores mais solicitados não significa que os mesmos venham a romperem-se. MALITE (1993) descreve que em situações como essa, ocorre um processo de

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redistribuição do fluxo de cisalhamento até a ruptura daqueles conectores inicialmente mais solicitados ou, até que se alcance o momento resistente da seção mais solicitada.

AHMADI & SAKA (1993) advertem que tensões causadas pela retração e variação de temperatura não podem ser desprezadas por razões da presença dos conectores. Lajes ensaiadas, sob carregamento residencial de 2 kN/m2, devido a deformação lenta, retração, mudanças na temperatura e umidade, apresentavam aumento de deslocamento vertical aproximadamente até os 4 primeiros meses, quando então permanecia praticamente estabilizada. As lajes mistas eram estaticamente determinadas, e as relativas alterações nas dimensões das vigas, devido às mudanças de temperatura e umidade, causaram algumas fissuras no concreto.

No caso de vigas de seção mista em aço e concreto (comportamento elástico e viscoelástico, respectivamente), descrevem TARANTINO & DEZI (1992) que a distribuição das tensões modifica-se com o tempo. A fluência tende a aumentar a deformação elástica inicial nas fibras de concreto. A viga de aço que limita a deformação do concreto, receberá um acréscimo de tensão vindo da laje de concreto, acarretando aumento da flecha da estrutura. Desse fenômeno, observa-se a ocorrência da redução da força de cisalhamento nos conectores, os quais representam pouca influência na migração de tensões da laje para a viga de aço.

A redução do comprimento da peça de concreto, pelo fenômeno da retração, irá favorecer os conectores pela tendência em reduzir as deformações, mas por outro lado, a flecha da viga aumentará. Por outro lado, a retração principal no concreto acontece quando a estrutura inteira encontra-se escorada, de tal forma que e as fissuras usuais na camada de concreto reduzirão a importância do fenômeno. CECCOTTI (1995) também ressalta que os efeitos da variação de temperatura no concreto e variação de umidade na madeira têm grande importância no estudo dessas estruturas mistas. CAPRETTI (1992) aponta que a variação da umidade na madeira é mais significativa que para o concreto. Por outro, o concreto é mais sensível aos efeitos de variações de temperatura.

No desenvolvimento de estudos sobre estruturas mistas para aplicações em pontes, McCULLOUGH (1943) testou vigas solicitadas por incrementos de cargas, monitorando os

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deslocamentos verticais, distorções de fibras e deslizamento de conexões. Algumas vigas foram solicitadas sob carregamentos repetidos ou alternados e também efeitos de variação de temperatura, com amplitude de -90C a 210C, eram analisadas. Desses ensaios, McCULLOUGH (1943) concluiu que para aquele tipo de construção os efeitos de cargas repetidas e alternadas não comprometem a estrutura. Com relação à amplitude térmica, a magnitude da tensão pode ser considerada no projeto dos conectores. Os conectores acarretam restrições à expansão térmica, ocasionando assim, o surgimento de tração no fundo da laje, sendo portanto, aconselhável o emprego de armadura longitudinal no fundo da laje. Porém, pode-se desconsiderar os efeitos de flexão resultante da variação térmica.

Nos experimentos realizados por McCUTCHEON (1986), empregou-se dupla camada de manta de polietileno na interface de ligação visando reduzir a variação de rigidez devido ao atrito por retração entre mesa e alma. Desse procedimento resultou em menor a rigidez de interface em testes do que aquelas que ocorreriam em estruturas reais recentemente pregadas. Na prática, a retração e a variação de umidade da madeira reduzirão a rigidez da conexão para valores próximos daqueles observados nos ensaios.

CAPRETTI & CECCOTTI (1996) relatam o monitoramento durante cinco anos das flechas e condições de variações hidro-térmicas, para três vigas mistas em concreto-madeira, com vãos de 10 metros, construídas numa escola. Paralelamente, modelos dessas vigas, com vãos de 6 metros, foram testados sob condições ambientes, e sob condições de serviço a carga de curta duração era majorada em 25%. Para representar carregamento de longa duração, as vigas foram mantidas, por cinco anos, sob ¼ da carga de serviço. Dessas análises, notaram-se que há uma tendência de leve aumento das flechas de pisos, após o primeiro ano de construção, o que deve ser resultado do comportamento viscoelástico dos materiais. Os resultados obtidos com o monitoramento das três vigas, segundo CAPRETTI & CECCOTTI (1996), apresentaram-se satisfatórios para o comportamento de utilização das estruturas.

Os problemas decorrentes da variação da umidade nas estruturas de madeira-concreto são citados por NAVI & MARTENSSON (s/d), podendo ser originados logo após o lançamento do concreto ou ainda, durante a vida útil da estrutura. Esses pesquisadores afirmam que os

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problemas mais relevantes surgem ao longo do tempo, uma vez que as deformações e as fissuras podem aparecer tanto no concreto quanto na madeira, causando assim, uma redução de rigidez e também comprometendo a durabilidade da estrutura. Com relação aos efeitos das retrações longitudinais do concreto e da madeira por ocasião da concretagem, segundo NAVI & MARTENSSON (s/d), geralmente não representam problemas, uma vez que esses materiais apresentam valores da mesma ordem.

Até mesmo para as vigas mistas em concreto-aço, cujo sistema de conexão é do tipo flexível, os efeitos causados pela deformação lenta e retração tem sido pouco pesquisado, afirma TARANTINO & DEZI (1992). Para essas estruturas, a força de cisalhamento na conexão tende a sofrer redução com o tempo, e como conseqüência, haverá gradual migração de tensões da laje para a viga de aço.

TARANTINO & DEZI (1992) também constatou através de experimentos que a rigidez dos conectores tem pouca influência no aumento do deslocamento vertical, bem como na redistribuição de tensões, por efeito da deformação lenta e da retração do concreto.

No entanto, KRISTEK & STRUDNICKA (1982) advertem que por efeito de temperatura, retração e fluência, é esperada uma redução de aproximadamente 10% na tensão da laje de concreto de vigas em concreto-aço.

Da análise teórico-experimental de vigas compostas em concreto-aço, BARNARD & JOHNSON (1965), abordam sobre pequenas discrepâncias entre resultados de ensaio e obtidos através de programação, que atribuem aos efeitos de tensões residuais no aço e também da retração do concreto. A retração e a expansão em vigas de madeira-concreto, segundo RICHART & WILLIAMS (1943), causaram poucos efeitos sobre a resistência de vigas ensaiadas após 2,5 anos em relação às demais ensaiadas aos 28 dias após concretagem.

Segundo McCULLOUGH (1943), fundamentado em resultados experimentais de vigas em concreto-madeira, os efeitos da variação de temperatura sobre o deslocamento vertical do

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elemento estrutural podem ser desconsiderados. Por outro lado, adverte que se pode considerar a magnitude da tensão por efeito da variação de temperatura.