Ensaio de flexão a quatro pontos – medição das cargas e dos deslocamentos

As vigas foram ensaiadas à flexão a quatro pontos. A configuração do ensaio consistiu em apoiar a viga em dois cutelos e aplicar o carregamento através de outros dois cutelos posicionados na parte superior da viga, no terço médio do vão. Os cutelos movimentavam-se no sentido transversal permitindo, assim, a aplicação de carga uniforme sobre a viga e o seu perfeito apoio, pois ela poderia possuir pequenas diferenças em suas dimensões devido ao processo de moldagem.

Para a aplicação da carga, utilizou-se uma prensa da marca Shimadzu, por meio da qual foi possível aplicar uma velocidade de deslocamento ou subida do pistão constante. A velocidade mínima possível de ser utilizada neste equipamento é de 0,5 mm/min, ou seja, cinco vezes maior que a máxima velocidade permitida pela ASTM C 1018 : 1994b. Porém, de acordo com Johnston (1993), não há diferenças nos resultados de ensaios quando se emprega velocidade de aplicação de carga entre 0,075 e 0,5 mm/min, aceitando-se assim o emprego da velocidade mínima do equipamento de ensaio disponível.

Para este ensaio foram projetados e confeccionados novos aparatos para apoio da viga e aplicação de carga, pois os disponíveis na prensa Shimadzu eram de dimensões muito exageradas, o que dificultava a sua colocação sobre a base da prensa. Além disso, os cutelos de apoio do aparato da prensa Shimadzu não apresentavam movimentação transversal como necessário para o perfeito apoio da viga e posicionava a viga sobre a base da prensa no sentido transversal, o que dificultava a visualização da lateral da viga durante o ensaio.

O aparato confeccionado permite a movimentação dos apoios, e o ensaio de vigas com diferentes tamanhos de vão: 300 mm ou 450 mm, conforme o posicionamento das peças de apoio na base do aparato. O aparato para aplicação de carga foi confeccionado com distância entre os cutelos fixa em 100 mm e, por isso, poderia ser empregado somente no ensaio das vigas de 100x130x400 mm3. Este aparato também possuía um cutelo fixo e outro livre, permitindo a sua movimentação conforme as irregularidades na superfície da viga e garantindo o nivelamento de todo o conjunto. No ensaio das vigas de 150x180x550 mm3 e de 75x155x600 mm3, nas quais a distância entre os pontos de aplicação de carga deveriam ser de 150 mm, empregou-se o aparato de aplicação de carga da prensa Shimadzu. Porém, os cutelos de tal aparato não se movimentavam e como as vigas apresentavam irregularidades na sua superfície foi necessário definir um procedimento para a colocação de todo o aparato de aplicação de carga no nível. Para tal, foi empregado uma pasta de gesso na linha dos apoios dos cutelos de aplicação de carga, sendo os cutelos apoiados sobre esta pasta e colocados no nível pela sua acomodação, garantindo assim aplicação da carga uniforme em toda a linha de apoio. Este procedimento era simples de ser realizado e pelo rápido endurecimento do gesso permitia a condução normal do ensaio, ou seja, não causou quaisquer transtornos no seu desenvolvimento. (Figuras 52(a) até 52(c)).

(a) (b) (c)

Figura 52 : (a) Aparato disponível na prensa Shimadzu para apoio da viga; (b) aparatos desenvolvidos para o apoio da viga e (c) para a aplicação da carga.

A leitura de carga foi feita através de células de carga com capacidades até 50 kN para o ensaio das vigas de 100x130x400 mm3 e de 75x155x600 mm3,e de até 200 kN para o ensaio das vigas de 150x180x550 mm3. A célula de carga ficava apoiada sobre o aparato de aplicação de carga e, sobre ela, era colocada uma rótula para corrigir eventuais distorções no posicionamento de todo o conjunto que não tinham sido corrigidos pela movimentação dos cutelos ou pela pasta de gesso.

O deslocamento foi medido por meio de dois transdutores de deslocamento posicionados na parte superior central de cada um dos lados da viga, de forma que o deslocamento medido corresponde à média dos dois valores lidos.

Como os transdutores de deslocamento empregados neste trabalho possuíam pinos livres ou pinos com molas e como se pretendia visualizar toda a lateral da viga para avaliação da propagação da fissura, não poderia ser empregado o sistema “yoke” como conhecido, no qual a barra de fixação do transdutor cobre toda a lateral da viga e o transdutor fica sob a chapa metálica que se movimenta devido ao deslocamento da viga. Assim, foi desenvolvido um novo aparato de fixação dos transdutores de deslocamento, o qual fixa independentemente cada transdutor em cada lateral e que é apoiado sobre os pinos colados na lateral. Este novo aparato tem o formato de um U invertido, de forma que o transdutor de deslocamento está por cima da viga e apoiado sobre o vidro colado na superfície dela, permitindo, assim, a visualização de toda a lateral da viga.

O processo de furação e colagem dos pinos para apoio muitas vezes não garante a simetria entre os pinos de cada lado da viga e tão pouco garante que tais pinos estivejam na mesma altura. Por tal motivo, o aparato na forma de U possui alguns detalhes que facilitam o posicionamento do transdutor no centro exato da viga mesmo havendo estes problemas no posicionamento dos pinos. De um lado do aparato há um furo no qual é introduzido um dos pinos de fixação (Figura 53(a)). Do outro lado. ao invés do furo, tem-se um corte no aparato na altura exata do furo (Figura 53(b)), permitindo assim o apoio do segundo pino em qualquer posição independente da distância entre eles. O transdutor de deslocamento está preso em uma peça que é fixa ao aparato em U por meio de uma barra rosqueada, o que permite a movimentação de toda a peça que segura os transdutores até que seja posicionado no centro do vão (Figura 53(c)). A peça que segura o transdutor permite que este seja preso em qualquer posição ao longo de sua altura, o que facilita a sua colocação na altura necessária para que ele trabalhe ligeiramente pressionado e dentro de sua faixa de medição (Figura 53(d)). Estes cuidados são importantes para conferir uma melhor precisão na medição do deslocamento, evitando-se assim medições de deslocamento externo ou medições errôneas.

Tanto a célula de carga quanto os transdutores de deslocamento estavam ligados a um sistema de aquisição de dados da marca HBM e, utilizando-se o software Catman 4.5, a captura dos dados era feita em intervalos de tempo de 1 segundo.

(a) (b)

(c) (d)

Figura 53 : Detalhes do aparato em U que permitem o posicionamento correto do transdutor de deslocamento.

Para se ter uma acuidade nos valores de carga e deslocamento medidos e conseqüentemente obtenção das curvas carga por deslocamento é necessário que as células de carga e os transdutores de deslocamento sejam aferidos constantemente e que seja conhecida a relação entre a carga e/ou deslocamento medidos e a voltagem lida pelo sistema de aquisição de dados. Para obter tais curvas de correlação, as células de carga foram colocadas sobre uma prensa já aferida e os valores de carga lidos pela prensa foram correlacionados com a voltagem lida pelo sistema de aquisição de dados. No caso dos transdutores de deslocamento, estes foram fixados sobre uma base que era possível de ser movimentada e ao lado destes foram colocados relógios mecânicos para a medição do deslocamento da base. Assim, com a

leitura feita no relógio mecânico e com a leitura da voltagem feita no sistema de aquisição de dados, foi possível obter as curva de correlação (voltagem por deslocamento) para cada transdutor de deslocamento empregado. Além disso, havia algumas maneiras para verificar se a célula de carga e os transdutores de deslocamento estavam medindo corretamente durante o ensaio. Os valores de carga lidos pelo sistema de aquisição de dados eram comparados com os valores de carga lidos pela prensa Shimadzu, pois a prensa já havia sido aferida. A leitura dos transdutores de deslocamento poderia ser verificada de duas formas. A primeira, antes do início do ensaio de cada viga, ligava-se o sistema de aquisição de dados, zerava-se as leituras dos transdutores e colocava-se sob estes uma pastilha metálica de espessura conhecida. O valor lido pelo sistema de aquisição de dados deveria ser igual à espessura da pastilha. A segunda forma de verificação era feita durante o desenvolvimento do ensaio, pois tendo-se uma estimativa do módulo de elasticidade do concreto e conhecendo-se as dimensões da viga é possível determinar teoricamente o valor de deslocamento para cada valor de carga na região linear da curva carga por deslocamento. Os valores de deslocamento medidos por cada transdutor de deslocamento para cada nível de carregamento eram comparados com o valor teórico esperado. Fazendo-se esta comparação, tinha-se um indicativo da precisão da leitura do transdutor de deslocamento. Caso, durante o ensaio, verificava-se que o valor medido pelo transdutor era muito diferente do esperado, parava-se o ensaio quando este ainda estava na região linear da curva e procedia-se à verificação da leitura dos transdutores e se fosse necessário novas calibrações nos transdutores eram realizadas.

As vigas eram ensaiadas até que atingissem um deslocamento médio de 3 mm.

4.2.5 Ensaio de flexão a quatro pontos – medição das deformações no concreto e da