Ensaios de vigas

Utilizando os traços de concreto convencional e autoadensável desenvolvidos foram moldadas trinta e seis vigas, com geometria retangular, empregando armadura longitudinal e variando a presença da armadura transversal. Cada viga foi submetida a um ensaio de flexão a quatro pontos, avaliando-se as deflexões, as forças cortantes de ruptura, a quantidade, espaçamento e abertura das fissuras.

5.3.1 Características geométricas e sistema de ensaio

As dimensões das vigas ensaiadas foram definidas considerando a limitação dos equipamentos disponíveis para realização dos ensaios, sendo adotada seção transversal retangular de 100 mm x 250 mm e comprimento total de 1500 mm, apoiadas sobre roletes de aço, com 50 mm de diâmetro, distando 1300 mm entre si.

O carregamento consistiu em duas cargas concentradas distando 500 mm dos apoios, conforme esquema de ensaio apresentado na Figura 5.2, resultando em uma relação entre o vão cisalhante e a altura efetiva da seção transversal (a/d) em torno de 2,25. Esta configuração de ensaio foi definida seguindo a literatura revisada, pois, para uma relação a/d próxima a 2,5 são esperadas fissuras inclinadas independentes das fissuras de flexão, com o efeito de arco sendo minimizado.

Figura 5.2: Esquema do pórtico para ensaios de vigas.

5.3.2 Características da armadura

Foram utilizadas para a armadura de cisalhamento e como auxiliares na zona comprimida fios de aço classe CA-60, com diâmetro nominal igual a 5,0 mm. Para armadura longitudinal de flexão foram utilizadas barras de aço classe CA-50, com diâmetro nominal igual a 16 mm. Todas as vigas apresentavam armadura longitudinal composta por 2 barras de aço CA-50 com 16 mm de diâmetro, correspondente a uma taxa de armadura longitudinal igual a 1,61%, e 2 fios de aço CA-60 com 5 mm de diâmetro como armadura auxiliar de montagem.

As vigas com armadura transversal foram montadas com estribos de aço CA-60, de 5,0 mm de diâmetro espaçados em 200 mm, correspondentes a uma taxa de armadura transversal igual a 0,195%. A armadura definida objetivou garantir a ruptura das vigas por força cortante, sendo empregada taxa de armadura transversal superior à taxa mínima determinada pela norma NBR 6118 (ABNT, 2014), adotando-se espaçamento superior ao máximo definido pela norma pois, considerando as dimensões reduzidas da seção transversal, poderia haver ruptura por flexão.Para as vigas sem armadura transversal foram utilizados estribos

nas extremidades e na região de aplicação de cargas ficando o vão cisalhante isento de armadura.

Para determinação das propriedades mecânicas das barras e fios de aço usados nas armaduras das vigas foram ensaiadas à tração três amostras destas barras, seguindo as recomendações da norma NBR 6892 (ABNT, 2013), sendo determinadas as tensões de escoamento e ruptura e as deformações específicas no início do escoamento, conforme apresentado na Tabela 5.9. No Apêndice B são apresentadas as curvas de tensão vs. deformação das barras ensaiadas.

Tabela 5.9: Propriedades mecânicas das barras e fios de aço.

ε*y : Deformação específica de escoamento correspondente ao gráfico tensão vs. deformação específica bilinear.

As características geométricas e o detalhamento das armaduras longitudinal e transversal das vigas são apresentadas na Figura 5.3.

Figura 5.3: Detalhamento da armadura das vigas.

5.3.3 Moldagem das vigas e corpos-de-prova

Para moldagem das vigas foram utilizadas fôrmas produzidas com chapas de MDF (Medium Density Fiberboard) plastificado, evitando a necessidade de desmoldante e permitindo a sua reutilização durante todo

o experimento. Para garantir um cobrimento mínimo da armadura igual a 15 mm foram utilizados espaçadores de plástico nas extremidades e no meio da viga.

Os concretos foram produzidos utilizando uma betoneira com capacidade de mistura de 150 litros, de forma que com cada betonada eram moldadas três vigas e seis corpos-de-prova cilíndricos, para realização dos ensaios de resistência à compressão axial.

O lançamento do concreto convencional demandou a utilização de conchas para retirada do material da betoneira e aplicação nas fôrmas e de um vibrador de imersão, com agulha de 25 mm de diâmetro, para adensamento. Devido a sua capacidade de fluir pelas fôrmas e entre as armaduras, o concreto autoadensável foi lançado em toda a extensão da viga utilizando baldes, sem a necessidade de adensamento mecânico, não apresentando segregação ou exsudação, e reduzindo a mão de obra necessária para concretagem das vigas.

Após 24 horas de concretagem as vigas e os corpos-de-prova foram desmoldados e armazenados dentro do Laboratório de Experimentação em Estruturas sob uma lona plástica, sendo umedecidas diariamente durante os sete primeiros dias. Após este processo de cura as vigas foram mantidas nas condições climáticas do laboratório até a data de realização dos ensaios.

Três corpos-de-prova de cada betonada foram submetidos ao mesmo processo de cura das vigas enquanto outro três foram armazenados em câmara de cura úmida do Laboratório de Materiais de Construção Civil até atingir 28 dias de idade, visando seguir as recomendações na norma NBR 5738 (ABNT, 2008) para determinação da resistência característica do concreto.

5.3.4 Instrumentação e execução dos ensaios

Previamente à realização dos ensaios, as vigas tiveram suas faces pintadas com tinta látex a base de acetato de polivinila (PVA) na cor branca, de forma a facilitar a visualização das fissuras. Para evitar a perfuração posterior das vigas para instalação de instrumentação, durante a concretagem foram posicionados dois eletrodutos de PVC com 12,5 mm de diâmetro nas extremidades das laterais das fôrmas.

A instrumentação utilizada nas vigas é apresentada na Figura 5.4. Nas laterais das vigas foram instaladas barras de alumínio posicionadas sobre roldanas de nylon parafusadas nos furos deixados nas extremidades da viga durante a concretagem. A posição das barras de alumínio era coincidente com os apoios das vigas por esta posição ser considerada como indeslocável verticalmente.

Figura 5.4: Instrumentação das vigas.

No meio do vão das vigas foram instalados dois transdutores lineares de deslocamento (LVDTs), marca HBM, modelo WI-10, com curso de 10 mm, parafusados nas barras de alumínio, em cada lado da viga, de forma a medir o deslocamento vertical (flecha) durante a aplicação de cargas. Uma cantoneira de aço foi parafusada na viga, na altura da linha neutra, servindo como base de medição do deslocamento para os LVDTs.

A abertura da fissura de cisalhamento era medida utilizando transdutores de deslocamento, marca Gefran, modelo LTM 100, com curso de 100 mm, instalados a 150 mm do ponto de aplicação da carga, fixados com parafusos na parte superior da face lateral da viga e em uma cantoneira parafusada na face inferior da viga, sendo utilizados um medidor em cada vão cisalhante devido à incerteza sobre o lado de ruptura da viga.

A aplicação da carga foi realizada utilizando um atuador hidráulico acoplado a uma célula de carga, marca Kratos, com capacidade de 200 kN, com incremento de carga de 500 N/s até se alcançar a ruptura.

Visando a anotação da quantidade e extensão das fissuras foram definidas paradas de aproximadamente 2 minutos durante os ensaios, sendo realizadas nas vigas sem armadura transversal em 20 kN e 40 kN e nas vigas com armadura transversal em 30 kN, 60 kN e 90 kN. Estes valores foram definidos a partir da capacidade de carga teórica das vigas, visando avaliar o comportamento das vigas nos estádios I e II.

Os transdutores de deslocamento e a célula de carga foram conectados a um sistema de aquisição de dados modelo Spider8 da marca HBM, permitindo assim a análise do comportamento das vigas em relação às flechas e abertura de fissura de cisalhamento durante o carregamento.

5.3.5 Avaliação da capacidade de carga teórica das vigas

As capacidades de carga teóricas das vigas ao cisalhamento foram determinadas de acordo com as expressões das normas americana ACI 318 (ACI, 2011), europeia Eurocode 2 (CEN, 2004), canadense A23.3 (CSA, 2004) e brasileira NBR 6118 (ABNT, 2014), considerando os coeficientes de segurança unitários, sendo comparadas aos resultados experimentais.