Deformações específicas

Foram medidas as deformações nas armaduras de flexão e na superfície do concreto, a fim de acompanhar o comportamento das lajes durante todas as fases de carregamento. As medições dessas deformações foram feitas utilizando-se extensômetros elétricos de resistência (EERs).

Nas armaduras de flexão foram utilizados extensômetros da marca Kyowa Eletronics Instruments e tipo KFG-5-120-C1-11. A Figura 4.14 apresenta os principais procedimentos adotados para a aplicação dos extensômetros nas barras de aço.

Figura 4.14 - Procedimento para a utilização de extensômetros nas barras de aço Fonte: Arquivo pessoal.

Para a fixação dos extensômetros nas barras foi necessário efetuar a regularização da superfície com boleador esmeril, lima e lixa, com o intuito de eliminar as mossas na região de fixação, sem danificar a seção nominal da barra, como demostrado na Figura 4.14 (a).

Com a superfície da barra lisa foi feita a limpeza com álcool isopropílico para se retirar todos os resíduos presentes na superfície de instrumentação das barras. Posteriormente, os extensômetros foram colados com adesivo de éster de cianoacrilato (Super Bonder), como apresentado na Figura 4.14 (b).

Após a fixação dos extensômetros, eles foram testados com a utilização de um multímetro digital, Figura 4.14 (c). Em seguida fez-se a proteção com fita isolante de auto fusão, Figura 4.14 (d).

Seguidamente, cada terminal dos extensômetros foi soldado a um condutor flexível paralelo com diâmetro de 1,5 mm e a região da solda foi protegida com isolante líquido e, também, com fita isolante de auto fusão. Por fim, procedeu-se à verificação da resistência elétrica dos extensômetros nas extremidades livres dos condutores flexíveis.

As Figuras 4.15, 4.16 e 4.17, nessa ordem, mostram o posicionamento dos pontos de instrumentação das barras de flexão para as lajes das Séries 1, 2 e 3, nesta ordem.

Figura 4.15 - Identificação dos extensômetros nas armaduras de flexão da Série 1 (medidas em mm)

Fonte: Arquivo pessoal.

Figura 4.16 - Identificação dos extensômetros nas armaduras de flexão da Série 2 (medidas em mm)

Figura 4.17 - Identificação dos extensômetros nas armaduras de flexão da Série 3 (medidas em mm)

Fonte: Arquivo pessoal.

Para o monitoramento da deformação no concreto, foram utilizados extensômetros elétricos de resistência da marca Excel Sensores Co. Ltda, de modelo PA-06-201BA-120L, posicionados no bordo comprimido das lajes em uma região adjacente ao pilar e as aberturas.

Os procedimentos para a fixação dos extensômetros no concreto seguiram os mesmos descritos anteriormente, exceto a regularização da superfície das lajes, a qual foi feita apenas com lixa. As Figuras 4.18 e 4.19 apresentam a disposição e identificação dos extensômetros considerados na face comprimida das lajes.

Figura 4.18 - Posição e identificação dos extensômetros no concreto Fonte: Arquivo pessoal.

Figura 4.19 - Disposição dos EERs na face comprimida do concreto para as lajes com duas aberturas

Fonte: Arquivo pessoal.

Os transdutores de posição (LVDTs) e os extensômetros elétricos de resistência (EERs) foram ligados a um aquisitor de dados com 40 canais, interligado a um terminal da Micro Measurements e modelo MG 5100. A leitura e o armazenamento dos dados a cada incremento de carga foram realizados pelo programa computacional StrainSmart System 5000.

4.4 SISTEMA DE ENSAIO E CARREGAMENTO

O sistema de ensaio empregado nesta pesquisa objetivou simular de forma simples e prática o comportamento da ligação laje-pilar de uma laje lisa, localizada internamente à edificação e submetida a carregamento simétrico (ausência de momento fletor desbalanceado). O carregamento nas lajes ocorreu de forma incremental, com passos de carga de 25 kN. Para a aplicação de carga nas lajes, foi utilizado um atuador hidráulico com capacidade de 600 kN da marca Enerpac e alimentado por uma bomba hidráulica da marca Yellow Power.

Sobre o atuador utilizou-se uma placa metálica de 200 mm x 200 mm que serviu de base de apoio para a célula de carga de capacidade de 500 kN. Foi utilizada uma rótula metálica de alta resistência situada entre a placa metálica de base e a célula de carga com o objetivo de manter a carga aplicada sempre na vertical, mesmo após a deformação da laje.

Para transmitir o carregamento às lajes e simular um pilar de dimensões 150 mm x 150 mm foi utilizada uma placa de aço, de mesma dimensão do pilar e espessura de 80 mm. A Figura 4.20 mostra o sistema de aplicação de carga e o conjunto de equipamentos que foram utilizados nos ensaios.

Figura 4.20 – Sistema de aplicação de carga nas lajes Fonte: Arquivo pessoal.

A reação ao carregamento centrado foi feita por um conjunto de vigas metálicas de 1200 mm de comprimento, compostas por perfis C de seção transversal 154 x 45 x 5,5 mm³, os quais foram fixados por parafusos de 12,5 mm de diâmetro. As vigas metálicas foram apoiadas sobre as lajes em oito pontos equidistantes dispostos em uma circunferência de raio igual a 900 mm e fixadas em uma laje de reação.

Para que o sistema de vigas metálicas reagisse apenas nos oito pontos adotados, foram usadas placas metálicas com dimensões de 110 mm x 170 mm e 20 mm de espessura, localizadas entre as vigas metálicas e as lajes. As Figuras 4.21 e 4.22 apresentam o esquema de ensaio utilizado para os testes.

Figura 4.21 – Esquema de ensaio (medidas em mm) Fonte: Arquivo pessoal.

Figura 4.22 - Esquema de ensaio detalhado das lajes Fonte: Arquivo pessoal.

A Figura 4.22 (a) apresenta o esquema do sistema de aplicação de carga utilizado. Após o posicionamento de cada laje no esquema de ensaio, a posição desse sistema foi verificada para garantir que os centros de carga estivessem coincidindo com o centroide do pilar e da laje. Para as lajes com apenas uma abertura, o sistema de carregamento foi ajustado de modo que os centros de carga estivessem alinhados com o centroide do pilar e com o centro da laje. Nessa figura é possível observar, ainda, a existência de tirantes (40 mm de diâmetro) que foram rosqueados na laje de reação na extremidade inferior. Cada rosca contida na laje de reação apresentava capacidade de 10 toneladas.

Na Figura 4.22 (c) é possível verificar os tirantes principais e a laje posicionada. Por fim, na Figura 4.22 (d), verifica-se o arranjo experimental completo com o conjunto de vigas metálicas apoiadas nas oito placas metálicas.

A célula de carga foi conectada ao mesmo sistema de aquisição de dados utilizado para leitura e armazenamento dos valores dos extensômetros e transdutores, conforme detalhado anteriormente. Os incrementos de carga foram controlados através da leitura da carga indicada pelo programa computacional StrainSmart System 5000.

(a) (b)

5 RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos nos ensaios de punção das nove lajes abordadas anteriormente no programa experimental. Inicialmente, são apresentados os resultados referentes aos ensaios de caracterização do concreto e do aço utilizados na fabricação das lajes. São apresentadas, também, as informações obtidas com a instrumentação das lajes e do sistema de ensaio como: deslocamentos verticais das lajes, deformações nas armaduras de flexão e no concreto, desenvolvimento de fissuras, além de cargas últimas e modos de ruptura observados.

5.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS

5.1.1 Concreto

Durante cada etapa de concretagem das lajes foram moldados 20 corpos de prova cilíndricos (100 mm x 200 mm), sendo que desses, 10 foram destinados à realização de ensaios de resistência à compressão simples (fc) e 10 à resistência à tração por compressão diametral (fct) e módulo de elasticidade (Ec), conforme apresentados na Figura 5.1. Esses ensaios de caracterização das propriedades mecânicas do concreto foram realizados um dia após os ensaios de ruptura das lajes.

Os procedimentos dos ensaios foram aqueles estabelecidos pelas normas ABNT NBR 5739 (2007) para a determinação da resistência à compressão, ABNT NBR 7222 (2011) para determinação da resistência à tração por compressão diametral e ABNT NBR 8522 (2008) na obtenção do módulo de elasticidade do concreto.

A Tabela 5.1 apresenta os resultados das propriedades mecânicas do concreto para as duas etapas de concretagem consideradas na pesquisa (1ª etapa: seis lajes concretadas; 2ª etapa: 3 lajes concretadas).

Figura 5.1 – Ensaios de resistência à compressão simples (a), resistência à tração por compressão diametral (b) e módulo de elasticidade longitudinal (c)

Fonte: Arquivo pessoal.

Tabela 5.1 - Propriedades mecânicas do concreto Etapa de concretagem Lajes Idade (dias) fc (MPa) fct (MPa) Ec (GPa) 1a LR-A LR-B LR-C 54 43,54 3,88 25,01 40,16 4,14 23,94 40,57 4,34 25,91 42,27 3,99 24,90 41,25 4,30 26,21 Média 41,56 4,13 25,19 CV (%) 3,29 4,77 3,57 LF1-A LF1-B LF1-C 48 43,85 4,33 25,02 47,11 3,73 27,88 45,23 4,49 25,62 39,75 4,11 34,06 46,78 4,80 29,44 Média 44,54 4,29 28,40 CV (%) 6,69 9,38 12,76 2a LF2-A LF2-B LF2-C 36 36,85 3,37 22,61 35,98 3,48 23,88 34,91 3,36 23,63 35,55 3,28 23,22 34,56 3,21 22,50 35,04 3,08 21,31 33,33 3,25 24,65 35,65 3,18 24,46 34,35 3,11 24,62 35,98 3,16 25,16 Média 35,22 3,25 23,60 CV (%) 2,84 3,89 5,09

O ensaio de flexão em três pontos de vigas com entalhes foi utilizado para determinar a energia de fratura (Gf) do concreto empregado na fabricação das lajes. O ensaio seguiu as orientações da Japan Concrete Institute Standard JCI-S-001 (2003).

A Figura 5.2 apresenta as dimensões dos corpos de prova prismáticos adotados na pesquisa, como também a fotografia do ensaio. As leituras de deslocamentos verticais no meio do vão foram registradas pela mesa da máquina universal. Para as leituras de abertura do entalhe, foi utilizado o clip gauge NCS YYV – 10/50.

Figura 5.2 - Dimensões das vigas entalhadas utilizadas (a) e ensaio de flexão em três pontos (b)

Fonte: Arquivo pessoal.

Na Figura 5.3 são apresentadas as curvas de “Carga versus CMOD” (Crack Mouth Opening Displacement) e “Carga versus Deslocamento vertical” obtidos nos ensaios. Os trechos iniciais das curvas foram corrigidos mediante regressão linear, de modo a se eliminar as perturbações associadas ao efeito de acomodação do corpo de prova, no dispositivo de apoio nas etapas iniciais do ensaio.

Para o cálculo da energia de fratura (Gf) a partir dos resultados mostrados na Figura 5.3, foi considerado a Equação 5.1. O valor de Gf refere-se a energia necessária para se estender a fissura a partir do entalhe nas vigas de concreto.

𝐺_𝑓 = (𝑊𝑒𝑥𝑝 𝑆_𝑙𝑖𝑔 ) = [ 𝑊𝑒𝑥𝑝 (ℎ − 𝑎)𝑏] (5.1)

Nessa equação, Wexp é a área sob a curva “Carga versus Deslocamento vertical” (kN.mm); Slig é a área da superfície de ligação (mm²); h é a altura do corpo de prova (mm); a é a altura do entalhe e b é a largura do corpo de prova.

Figura 5.3 - Curvas “Carga versus CMOD” e “Carga versus Deslocamento vertical” dos corpos de prova nas etapas de concretagem

A Tabela 5.2 apresenta as dimensões e os resultados do cálculo da energia de fratura para cada corpo de prova, nas etapas de concretagem realizadas. O termo fcm representa o valor médio da resistência à compressão do concreto considerando todos os corpos de prova cilíndricos em cada etapa de concretagem.

Tabela 5.2 - Valores obtidos da energia de fratura do concreto Etapa de concretagem fcm (MPa) h (mm) a (mm) b (mm) Slig (mm²) Wexp (kN.mm) Gf (N/m) Gfm (N/m) 1a _43,05 102,95 49,27 100,60 5.400,21 0,8732 161,69 183,34 101,65 50,47 100,50 5.143,59 0,9081 176,56 102,75 49,43 97,10 5.177,37 1,0965 211,78 2a 35,22 102,50 52,50 101,00 5.050,00 1,3021 257,85 261,78 100,50 49,50 98,00 4.998,00 1,2284 245,77 103,00 53,50 99,00 4.900,50 1,3806 281,73 5.1.2 Aço

Os aços utilizados para a confecção das lajes ensaiadas nesta pesquisa foram fabricados e doados pela empresa Arcelormittal Brasil S.A. As propriedades mecânicas desses aços foram determinadas a partir da realização de ensaios de tração axial, seguindo as recomendações da norma ABNT NBR ISO 6892-1 (2013).

Foram ensaiados 3 corpos de prova de aço (CA-50)com diâmetro de 6,3 mm e 9 corpos de prova com diâmetro de 12,5 mm (Figura 5.4) para a obtenção da tensão de escoamento (fy), deformação de escoamento (εy), tensão de ruptura (fu) e o módulo de elasticidade longitudinal do aço (Es). Os ensaios foram realizados no Laboratório de Estruturas da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, campus Apucarana. Para as leituras de deformações nas barras, foi utilizado o clip gauge NCS YYU – 25/50.

Figura 5.4 - Ensaio de tração axial da barra de aço com diâmetro de 12,5 mm Fonte: Arquivo pessoal.

A Tabela 5.3 apresenta os resultados das propriedades mecânicas dos aços utilizados para a confecção das lajes desta pesquisa.

Tabela 5.3 - Propriedades mecânicas dos aços utilizados para a fabricação das lajes Diâmetro (mm) fy (MPa) fu (MPa) εy (mm/m) Es (GPa) 6,3 694,03 733,73 3,20 211,53 665,27 745,25 3,40 193,55 674,69 748,85 3,30 196,68 Média 668,00 742,61 3,30 200,59 CV (%) 2,16 1,06 3,03 4,79 12,5 604,47 721,10 2,90 203,31 544,02 751,17 3,70 153,37 574,35 740,14 3,05 184,71 562,70 761,23 3,10 183,75 545,02 751,94 3,40 163,89 584,65 735,76 3,30 178,41 577,72 760,97 3,40 170,41 589,41 754,20 3,50 181,22 601,04 758,68 3,30 189,05 Média 575,93 748,35 3,29 178,68 CV (%) 3,81 1,80 7,45 8,18