Efeitos da Temperatura na Transferência de Carga

Segundo Huang (1993), durante o dia, quando a temperatura no topo da placa de concreto é maior que a temperatura no fundo, fenômeno conhecido por gradiente de temperatura positivo, seu topo tende a se expandir, enquanto o fundo tende a se contrair, ocasionando uma curvatura convexa. Já à noite, ocorre o contrário. Quando o topo da placa está mais frio que o fundo (gradiente de temperatura negativo), ele tende a se contrair e o fundo a se expandir, tornando a placa com curvatura côncava (Figura 2.9). Tal efeito é denominado empenamento térmico.

Figura 2.9 Esquema do empenamento da placa durante o dia e à noite. (BUCH et al., 2004).

O empenamento é restringido pela ação do peso próprio da placa, gerando tensões de compressão no topo e tração no fundo, no caso diurno, e tensões de tração no topo e de compressão no fundo da placa durante a noite. Segundo Huang (1993), os gradientes térmicos que ocorrem durante o dia são em geral o dobro daqueles que ocorrem durante a noite. Quando não há diferencial de temperatura, entre topo e

fundo, o peso próprio faz com que a placa fique em total contato com a base, sem qualquer empenamento. (Figura 2.10).

Figura 2.10 Esquema da placa sem empenamento (BUCH et al., 2004).

De acordo com Houben (1994), gradientes térmicos negativos (tfundo> ttopo) abaixo de

-0,03ºC/mm ocasionam perda de suporte ao longo da borda da placa de concreto, enquanto que gradientes térmicos positivos acima de 0,03ºC/mm ocasionam perda de suporte na área central da placa de concreto. Wu e Tia (1989) acreditavam que os danos causados pela carga de roda em uma placa de concreto não plenamente apoiada, devido a seu empenamento, podiam ser substancialmente maiores que aqueles causados quando a placa encontrava-se em contato pleno. O desprezo dos efeitos térmicos em um projeto pode resultar em um subdimensionamento do pavimento. Um exemplo de variação não linear de temperatura ao longo da profundidade da placa é apresentado na Figura 2.11.

0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 Temperatura (ºC) P rof un di d ade ( cm )

Gradientes Positivos Gradientes Negativos

Balbo e Severi (2002) apresentaram relações empíricas para o cálculo do diferencial térmico máximo positivo (DT+, em oC) em placas de concreto com base na temperatura máxima de topo (TT,Max em oC), a espessura da placa (h, em mm) e a

presença ou não de umidade no fundo da placa (Hf, com valor 0 para ausência de

umidade de fundo e valor 1 caso contrário), conforme as equações [2.2] e [2.3] que se seguem, respectivamente, para períodos de primavera/verão e outono/inverno, no clima tropical úmido:

f máx T h H T DT+=−18,83+0,542. _. +0,037. +4,165. [2.2] h T DT+=−6,543+0,509. T.máx +0,0013. _[2.3]

De acordo com estes modelos, os autores chegaram a conclusões de que a espessura da placa é um parâmetro mais relevante para a determinação do diferencial térmico em períodos mais quentes (primavera/verão) se comparados a períodos mais amenos (outono/inverno). Também pode ser inferido que a presença de umidade no fundo da placa é importante em estações úmidas. Com base na medida da temperatura de topo e conhecendo-se a espessura da placa de concreto, é possível determinar o valor do diferencial térmico máximo presente. Conhecido o diferencial térmico na placa determina-se a temperatura de fundo e, sucessivamente, a temperatura média na seção transversal. A zona constante em temperatura na seção transversal causa a contração ou a expansão da placa de concreto; os demais componentes causam o empenamento.

Jeong et al. (2006) observou que o empenamento da placa de concreto simples

afetava a transferência de carga em placas com BT, quando não havia rigidez nas barras. A curvatura da superfície da placa causada por gradientes térmicos negativos resultaria em valores de LTE mais elevados.

Vandenbossche (2007) afirma que efeitos de mudanças uniformes de temperatura na placa de concreto simples ocorrem em decorrência de oscilações diárias e sazonais de temperatura. O aumento uniforme de temperatura em toda a placa faz com que a mesma sofra expansão, diminuindo assim a abertura das fissuras e

juntas. Este processo resulta em um aumento tanto na rigidez da junta transversal sem BT quanto na transferência de carga pela junta. Aumentando a transferência de carga na junta, há diminuição nas deflexões na placa carregada e respectivo aumento nas deflexões que ocorrem na placa descarregada sucessiva. Já com a redução da temperatura, ocorre o contrário: com a contração da placa torna-se maior a abertura entre as juntas e fissuras. Com isso, há uma perda significativa de transferência de carga através dessas juntas, ainda mais se essa junta não tiver BT.

Westergaard em 1926 desenvolveu uma solução para o empenamento nas juntas das placas de concreto em pavimentos de CCP, e mais tarde, Bradbury (1938) ampliou seus estudos. Segundo estes autores, a natureza do empenamento de placas de concreto simples é governada pelo comprimento da placa e pela rigidez relativa do subleito (ℓ) dada pela equação [2.4].

k h E × − × × = ) 1 ( 12 2 3 ν l [2.4]

na qual E é o módulo de elasticidade do concreto, h a espessura da placa, υ o coeficiente de Poisson do concreto e k o módulo de reação do subleito.

Ainda Bradbury (1938) e Darter (1977), dentre muitos autores, verificaram que com o aumento da abertura da junta da placa de concreto havia um acréscimo nas tensões máximas da placa.

Há que se considerar que, quando o concreto é lançado e curado, suas propriedades ficam afetadas por essa temperatura de cura média inicial, quando ocorre seu enrijecimento. Durante a vida de serviço da estrutura de pavimento, essas placas irão expandir ou contrair em função de condições climáticas e da própria resistência ao movimento horizontal imposta pela ação de seu peso próprio sobre a superfície da base. No clima temperado, é possível que tal aspecto tenha uma influência apreciável e negativa, no comportamento de placas sem BT, uma vez que, por contração térmica, a abertura das juntas aumentaria, diminuindo bastante o entrosamento dos agregados, e, portanto, impondo até uma possível condição de não transferência de cargas entre placas sucessivas. A temperatura de referência

dos pavimentos de concreto, para a qual não estão nem contraídos nem expandidos, é um fator limitante para a determinação de aberturas nas juntas e, portanto, para a determinação teórica da transferência de carga.