Ensaios de cisalhamento direto (push-out)

A norma EN 1994-1-1:2004 regulamenta a realização de ensaios de cisalhamento direto, conhecidos como ensaios push-out, para avaliação do desempenho de conectores de cisalhamento em estruturas mistas constituídas de aço e concreto. O ensaio consiste na aplicação de carga através de um atuador hidráulico no perfil metálico de um modelo

experimental constituído por duas lajes de concreto armado com dimensões de 60 x 60 x 15 cm ligadas ao perfil através de conectores de cisalhamento instalados no perfil

metálico dos modelos.

Durante os ensaios de push-out são avaliados os deslizamentos longitudinais relativos entre o perfil metálico e as lajes de concreto, a separação transversal da laje em relação às mesas do perfil metálico (uplift), a progressão de carga durante o ensaio e o comportamento das lajes de concreto e dos conectores durante e após os ensaios experimentais. Na Figura 2.11 podem ser observados detalhes dos modelos experimentais utilizados nos ensaios de

push-out, são mostrados o detalhamento das armaduras das lajes e outras dimensões

necessárias para a construção dos modelos.

Figura 2.11 – Ensaio de push-out conforme a EN 1994-1-1:2004.

2.2.1.1 Concretagem dos modelos

Para a concretagem dos modelos experimentais a serem submetidos aos ensaios de push-out deve-se primeiramente dispor de uma substância que elimine a aderência das faces das mesas dos perfis metálicos em contato com as lajes de concreto, pode ser utilizado graxa para esta finalidade.

Na concretagem, para cada betonada devem ser moldados 4 corpos de prova, cilíndricos ou cúbicos, colocados do lado dos modelos e curados ao ar, para determinação da resistência à compressão do concreto. A ruptura dos corpos de prova deve ser feita na mesma época dos ensaios push-out. A resistência 𝑓_𝑐𝑚 será tomada como a média dos 4 corpos de prova, e deve ter valor de pelo menos 70% ± 10% da resistência 𝑓𝑐𝑘 esperada.

2.2.1.2 Procedimento de ensaio

O estudo das propriedades de um determinado tipo de conector de cisalhamento pode ser realizado através de ensaios padronizados de cisalhamento direto (push-out tests).

De acordo com as prescrições da norma EN 1994-1-1:2004 os modelos experimentais para os ensaios de push-out constituem-se de um perfil metálico laminado que é ligado a duas lajes de concreto armado por meio dos conectores de cisalhamento que se pretende analisar. As lajes são apoiadas na parte inferior e o carregamento é aplicado na extremidade superior do perfil de aço. O deslizamento longitudinal relativo entre o perfil metálico e as duas lajes de concreto armado é registrado durante todo o ensaio.

Os ensaios experimentais de push-out devem ser realizados da seguinte forma:

 Inicialmente, aplicam-se incrementos de carga até atingir-se 40% da carga de ruptura estimada.

 Em seguida, aplicam-se 25 ciclos de carregamento com força variando entre 5% e 40% da carga estimada de ruptura.

 Os incrementos de força após a fase cíclica devem ser aplicados de modo a não provocar ruptura antes de um período de 15 minutos.

 O deslocamento relativo entre as lajes de concreto armado e o perfil metálico deve ser monitorado durante todo o ensaio, desde o início do carregamento até que a força decresça em 20% do valor máximo de carga obtido para cada modelo.

 Deve-se monitorar, nas proximidades de cada grupo de conectores, a separação transversal entre as mesas do perfil metálico e as lajes de concreto armado.

Segundo Verissimo (2007) é possível obter valores de deslizamentos longitudinais até que a força aplicada seja 20% menor que a carga máxima estimada através de um sistema de ensaio com controle de deslocamentos, que permite monitorar a evolução do comportamento após o pico de força, uma vez que o ensaio com controle de força pode provocar a ruptura brusca do modelo após a carga máxima.

2.2.1.3 Avaliação do ensaio

Para a análise dos resultados dos ensaios de três modelos nominalmente idênticos, cujas diferenças entre os resultados individuais de carga máxima de cada modelo e os resultados

médios de cargas máximas não excedam a 10%, a resistência de cálculo do conector pode ser determinada através da equação 2.4. Caso a carga máxima de um dos três modelos exceda o limite de 10% do desvio padrão, mais três testes devem ser feitos.

𝑃

=

𝑓

𝑓

∙

𝑃

𝛾

≤

𝑃

𝛾

𝑃_𝑅𝑘 é a resistência característica, tomada como a menor carga de ruptura dentre os modelos, dividido pelo número de conectores e reduzido em 10%;

𝑓𝑢 é a mínima resistência última especificada para o material do conector;

𝑓_𝑢𝑡 é a resistência última do material do conector empregado no teste, obtida por ensaio;

𝛾_𝑉 é o fator parcial de segurança (o valor recomendado é de 1,25).

A capacidade de deslizamento de um modelo, denominada 𝛿_𝑢, deve ser tomada como o deslizamento medido para a carga 𝑃𝑅𝑘, ou seja, a carga máxima reduzida em 10%. A

capacidade de deslizamento característica 𝛿_𝑢𝑘 é, por sua vez, 𝛿_𝑢 reduzida em 10%. Na Figura 2.12 são apresentados detalhes sobre a progressão do carregamento e das deformações nos modelos durante os ensaios experimentais para a caracterização do conector de cisalhamento quanto a sua ductilidade.

Figura 2.12 – Determinação da capacidade de deslizamento (EN 1994-1-1:2004). Segundo a EN 1994-1-1:2004, o conector pode ser considerado dúctil caso sua capacidade de deslizamento característica 𝛿𝑢𝑘 seja superior a 6,0 mm. Esta classificação é importante

uma vez que a norma permite que seja considerado o comportamento plástico ideal somente para conectores dúcteis, que possuem capacidade de deformação suficiente para comportarem-se desta maneira.

A resistência do conector ao uplift é verificada da seguinte maneira: a separação transversal entre o perfil metálico e as lajes de concreto armado, medida quando os conectores estão sujeitos a 80% da sua carga máxima, deve ser inferior a 50% do deslizamento longitudinal correspondente. Caso contrário, a capacidade de conexão não é satisfatória.