Ensaios de flexão das Vigas

Para cada viga ensaiada a flexão por quatro pontos, com os valores aquisitados desde o início do ensaio até a ocorrência do estado limite último, confeccionou-se o gráfico carga versus deslocamento vertical (Figura 28) do qual foi possível gerar a Equação para representar o comportamento de cada viga ensaiada. Os gráficos das demais vigas se encontram no Apêndice III.

Com isso, obteve-se o produto de rigidez de acordo com a Equação 22.

Figura 28: Carregamento viga MLC-1

Em todos os casos pode-se notar o comportamento linearizado no trecho de onde se extraiu o valor de EI (compreendidas nos intervalos entre 10% e 50% da carga de ruptura). Analisando-se a Figura 28 e as Figuras do Apêndice III) nota-se que a carga máxima das peças ocorreu para deslocamentos da ordem de 3 e 4 vezes maior que o valor estabelecido para o ELS.

Nota-se também uma elevação na capacidade de carga das vigas reforçadas, quando comparadas às vigas sem reforço. Os valores obtidos para carga máxima, equações da reta e produto de rigidez para os grupos de vigas são exibidos na Tabela 4.3.

Tabela 4. 3: Carga máxima e produto de rigidez das vigas. Protótipo Pf (N) Equação da Reta R² Em*Ieq (kN.m²) Em*Ieq médio (kN.m²) MLC-1 18330 P = 0,87u - 0,66 1 186,08 196,97 MLC-2 24420 P = 0,54u - 0,25 0,999 215,69 MLC-3 26970 P = 0,47u - 0,26 0,999 189,12 MLCA2 - 1 33090 P = 0,74u - 0,21 1 298,04 298,93 MLCA2 - 2 34950 P = 0,76u - 0,68 0,999 303,78 MLCA2 - 3 36870 P = 0,73u + 0,04 0,999 294,97 MLCA4 - 1 35670 P = 0,85u + 0,35 1 339,29 340,33 MLCA4 - 2 37890 P = 0,84u + 0,08 0,999 335,85 MLCA4 - 3 35880 P = 0,87u - 0,66 0,999 345,84

Através dos resultados expressos na Tabela 4.3 verificou-se a elevação do produto de rigidez dos grupos reforçados em relação aos exemplares de MLC. Em média, o grupo MLCA2, resultou num aumento de 52% em relação à rigidez média do grupo MLC. Já o grupo MLCA4, alcançou 73% a mais de rigidez comparado às MLC.

As cargas máximas alcançadas pelas vigas reforçadas foram

substancialmente maiores que aquelas sem reforço, obtendo-se os valores médios de 34970 N e 36480 N para o grupo MLCA2 e MLCA4, respectivamente. Esses resultados implicaram para os grupos MLCA2 e MLCA4 numa elevação de 50% e 57% em relação à capacidade média do grupo MLC, calculada em 23240 N. Este comportamento evidencia a efetivação da transferência de carga entre a matriz de madeira e o reforço metálico, em patamares de carga bastante elevados e próximos do ELU. Foi possível evidenciar também aspectos relacionados a homogeneidade entre as peças do mesmo grupo. Para tanto, as Figuras 29, 30 e 31 exibem os gráficos com as vigas semelhantes agrupadas.

Figura 29: Comparativo entre vigas do grupo MLC.

Figura 31: Comparativo entre vigas do grupo MLCA4.

É possível notar (Figuras 29 à 31) o aumento da homogeneidade conferido pela inserção do reforço metálico, tanto para a rigidez, caracterizada pela proximidade das curvas, as quais possuem coeficientes angulares muito próximos, bem como a maior similitude para as cargas correspondentes para os ELS e ELU. Ressalta-se que as vigas MLCA4–2 e MLCA4–3 o Estado Limite Último não se deu por ruptura, mas, sim, por instabilidade lateral das peças após carga a aplicada superar 35 kN. A viga sem reforço MLC-3 não atingiu a ruptura por colapso no bordo, mas sim por esmagamento no bordo comprimido, caracterizado pela deformação e abatimento da curva ao um nível de carga próxima ao do ELU.

Este comportamento mais uniforme, exibido pelos grupos reforçados, foi observado também por André (2006) e por Pellis et al. (2012), o que leva a proposição de que o reforço para a madeira laminada colada é capaz de aumentar a homogeneidade das peças, reduzindo-se assim a variabilidade do conjunto de peças. Isto enfatiza a importância do reforço estrutural no sentido que se possam realizar novos estudos, que permitam propor a redução de coeficientes de ponderação de resistência para projetos dessa natureza. Tal redução, por sua vez, poderá trazer reflexos nas quantidades de material empregada e, consequentemente, a possibilidade de economia de recursos.

As Figuras 29 à 31 e a Tabela 4.3 mostram uma maior variabilidade dos exemplares de MLC comparadas as vigas dos grupos MLCA. Pode-se calcular o desvio padrão do grupo MLC, cujo valor de 15,8% é bastante superior aos valores de 4,9% e 5,6%, atingidos pelos grupos MLCA2 e MLCA4, respectivamente. Resultados análogos foram obtidos para as peças ensaiadas no Apêndice I deste trabalho, onde os grupos reforçados apresentaram homogeneidades superiores ao grupo MLC. Pellis et al. (2012) constataram o mesmo comportamento em seu trabalho, onde as peças do grupo reforçado apresentaram entre si maior similitude para os valores de rigidez.

O aumento da capacidade de carga das peças assim como o aumento da rigidez também foi observado por Luca e Marano (2012), que conseguiram elevar a rigidez e carga máxima em 26% e 48%, respectivamente. Negrão (2012) e Pellis et

al. (2012) também constataram melhoria do comportamento mecânico, estes autores

descreveram aumento da ordem de 91% na rigidez das peças reforçadas com taxa de armadura de 4%.

As deformações medidas com os extensômetros, posicionados na seção transversal das vigas de acordo com a Figura 20, possibilitou o cálculo das tensões atuantes. A Figura 32 exibe as tensões correspondentes aos estados limites de serviço e nos estados últimos (ou nos valores mais próximos correspondentes as deformações aquisitadas). As figuras com o comportamento das tensões nas demais vigas se encontram no Apêndice IV deste trabalho.

Os gráficos de tensões nas vigas revelam o comportamento das peças durante o ensaio de flexão, evidenciando os valores negativos de tensões para as zonas de compressão e, os valores positivos para as zonas sujeitas à tração. As peças MLC tiveram os valores de tensões obtidos diretamente com seu próprio valor de Em. No entanto, para as peças reforçadas foi utilizado o valor de Em,mlc, igual a

12435 MPa, extraído do produto de rigidez, apresentados na Tabela 4.3.

Em geral as vigas se comportaram de maneira uniforme durante os ensaios de flexão (Figura 32 e Apêndice IV), com algumas exceções que ilustram o padrão mencionado por Bodig (1982) e Rocha (1988), onde se nota plastificação na zona comprimida e rebaixamento da linha neutra de vigas de madeira serrada. Fiorelli e Dias (2006) observaram este comportamento de plastificação devido à tensão de compressão, em protótipos com conformação assimétrica, com reforço apenas no bordo tracionado, evidenciando ainda mais o esmagamento por compressão. Luca e Marano (2012), trabalhando com peças simetricamente reforçadas, previram em seu modelo de cálculo, para efeito de resistência ao ELU, um patamar de tensões no bordo comprimido, como visto na Figura 12, onde a madeira se encontra já em estado de plastificação, mas o aço continua a resistir os esforços compressivos.

Os valores de tensões exibidos nos diagramas de tensões das vigas foram obtidos através de cálculos que levam em conta as deformações registradas pelos extensômetros e o valor de Em das peças. Sendo assim, os resultados são válidos

para as deformações ocorridas no regime elástico, como ocorre nas proximidades do ELS. Em altos níveis de carregamento, próximos à ruptura, é possível notar valores de tensão próximos de 60 MPa, até quase 80 MPa, principalmente nos bordos comprimidos, como no caso dos três exemplares do grupo MLCA2. Nestes casos, é possível afirmar que os valores se encontram superestimados devido ao efeito da deformação plástica sofrida na região comprimida das vigas. Durante a deformação plástica se atinge um patamar de tensões, à partir da qual deixa de valer a correlação σ = E/ε e, portanto, os valores de deformação se encontram em magnitudes mais elevadas, gerando valores igualmente mais elevados para os níveis de tensão apresentados pontualmente. Exceção feita às peças nº 2 e 3 do grupo MLCA4, que expressam em seus gráficos valores reais, uma vez que não se romperam e não expressaram zonas de plastificação nas extremidades comprimidas. Salienta-se então que o modelo de cálculo da seção homogeneizada e

demais métodos de cálculo derivados deste, não são suficientes para prever ou dimensionar sistemas reforçados, como a MLCA, fora dos limites elásticos.