Equipamento de ensaio – Instabilidade na curva carga por deslocamento

Ao analisar diversas curvas carga por deslocamento apresentadas em muitos trabalhos, verifica-se uma região de instabilidade que normalmente ocorre após a carga de surgimento da primeira fissura e, por isso, é, na maioria das vezes, denominada instabilidade pós-pico.

Para Banthia e Trottier (1995a), esta instabilidade ocorre quando, com o descarregamento repentino, após atingir a carga máxima, há uma liberação de grande quantidade de energia e o equipamento de ensaio não possui rigidez suficiente para absorver esta energia sem que ocorra um deslocamento excessivo.

De acordo com Johnston (1995), esta instabilidade ocorre principalmente em concretos com baixos teores de fibras e em equipamentos de ensaio que não conseguem rapidamente uma resposta ao controle da velocidade de deslocamento. Com isso não são capazes de refletir exatamente o que ocorre durante este descarregamento repentino.

Chen et al. (1995), durante um estudo interlaboratorial, verificaram que a instabilidade pós-pico encontrada nas curvas carga por deslocamento depende de ambos os fatores: da tenacidade do concreto reforçado com fibras de aço testado e da rigidez do equipamento de ensaio.

Para Morgan, Mindess e Chen (1995), outro fator que pode afetar o registro dos dados durante o ensaio para a construção da curva carga por deslocamento e com isso

registrar uma região de instabilidade é a velocidade com que os dados de deslocamento são capturados. Sistemas baseados em LVDT’s com aquisição de dados por computador são mais eficientes do que os sistemas baseados em relógios comparadores. Estes últimos são mais lentos e, com isso, não são capazes de registrar esta instabilidade, podendo gerar uma falsa interpretação dos resultados.

Para evitar este problema de instabilidade, Banthia e Trottier (1995) recomendam a utilização de um equipamento de ensaio denominado “closed-loop machine”, que apresenta a facilidade de ajustar rapidamente a velocidade de aplicação de carga mesmo depois de uma queda brusca na carga aplicada.

Com o intuito de minimizar estes efeitos de instabilidade pós-pico, Banthia e Dubey (1999 e 2000) propuseram uma nova técnica para o ensaio de flexão de vigas de concretos reforçado com fibras de aço em máquinas de ensaio que não são servo-controladas e que, por tais motivos, os resultados do ensaio apresentam tal instabilidade. Nesta nova técnica, a viga é ensaiada sobre uma chapa metálica de 12 mm de espessura, conduzindo-se o ensaio até que a viga atinja um deslocamento entre 0,25 e 0,5 mm, quando então o ensaio é paralisado, a chapa de aço é retirada e dá-se prosseguimento ao ensaio de flexão da viga até medir-se um deslocamento superior a 1,25 mm. Tal procedimento é atualmente normalizado pela ASTM C 1399 : 2002.

De acordo com norma ASTM C 1399 : 2002 não é necessário empregar uma máquina de ensaio do tipo “closed-loop machine”. A instabilidade pós-pico é minimizada pelo efeito da chapa metálica posicionada embaixo da viga no primeiro estágio de carregamento (até que a viga atinja o deslocamento entre 0,25 e 0,50 mm). O procedimento de ensaio é o mesmo desenvolvido por Banthia e Dubey (1999) e descrito no parágrafo anterior, diferindo apenas no fato de que a norma ASTM C 1399 : 2002 recomenda desprezar o deslocamento final do primeiro estágio de carregamento (com a chapa metálica) nos valores de deslocamento medidos no segundo estágio (sem a chapa metálica), enquanto que Banthia e Dubey (1999) recomendam que o deslocamento final do primeiro estágio de carregamento deve ser considerado como o deslocamento inicial do segundo estágio de carregamento.

Caldas, Figueiredo e Bittencourt (2003) compararam os resultados de ensaios de flexão em vigas de concreto reforçado com fibras de aços executados de acordo com a ASTM C 1399 : 2002, que emprega a chapa metálica, buscando minimizar os efeitos de

instabilidade, com a metodologia já consagrada da ASTM C 1018 : 1994b. Tais autores verificaram que o uso da chapa metálica, conforme o recomendado pela ASTM C 1399 : 2002, minimizou os efeitos da instabilidade pós-pico, produzindo fissuras mais estáveis após o primeiro carregamento. Verificaram também que a resistência à tração na flexão e o deslocamento na ruptura foram semelhantes nos resultados dos dois métodos de ensaio, indicando que a chapa metálica não influenciou no ponto de ruptura das vigas. Contudo, algumas limitações para o ensaio da ASTM C 1399 : 2002 são apresentadas pelos autores, entre as quais pode-se citar: a dificuldade de definir o ponto de ruptura da matriz devido à presença da chapa de aço; o método não considera o deslocamento final do primeiro carregamento para o cálculo da resistência residual e o método não permite que as propriedades do concreto reforçado com fibras de aço sejam calculadas por meio de outras normas (ASTM C 1018 : 1994b e JSCE-SF4 : 1984) devido à descontinuidade da curva carga por deslocamento do primeiro e do segundo estágios de carregamento.

TIGUMAN (2004) comparou a eficácia e a quantificação da tenacidade de concretos reforçados com macrofibras de polipropileno obtidas pelo procedimento descrito pela ASTM C 1399 : 2002 com aquelas determinadas pelos processos recomendados pela JSCE-SF4 : 1984 e da EFNARC : 1996. Neste trabalho, a autora conclui que o método da ASTM C 1399 : 2002 foi capaz de minimizar os efeitos da instabilidade pós-pico para os concretos com baixos teores de macrofibras de polipropileno. Enquanto que os resultados de ensaio conduzidos de acordo com o procedimento da JSCE-SF4 : 1984 apresentavam elevada influência da instabilidade pós-pico principalmente nos concretos com baixos teores de fibra (0,5%). Apesar destas conclusões feitas por TUGIMAN (2004), nas curvas carga por deslocamento do primeiro estágio de carregamento do ensaio da ASTM C 1399 : 2002 (ensaio com placa) apresentadas em seu trabalho, observa-se uma queda brusca da carga logo após atingida a carga de pico, o que dá um indicativo da ocorrência do problema da instabilidade pós-pico também neste tipo de ensaio.

Alternativas nos procedimentos de ensaio têm sido buscadas para minimizar os efeitos da instabilidade pós-pico que ocorre no ensaio de vigas em equipamentos que não são servo-controlados. Contudo, percebe-se que estas alterações nos ensaios parecem dificultar ainda mais a execução do ensaio e também a interpretação dos resultados provenientes destes.