Modelos de concreto

O concreto dos modelos deveria ter as mesmas características de tensão-deformação, fissuração, e retração do concreto do protótipo. O coeficiente de Poisson também deveria ser o mesmo, felizmente esta exigência é usualmente satisfeita quando as outras exigências são alcançadas. Cimento tipo I ou tipo III é usado com um fator água-cimento variando entre 30 , e 70, . Tamanho máximo do agregado é escolhido em conformidade com as necessidades do cobrimento da armadura.

Tal como no concreto do protótipo, misturas experimentais devem ser pré-realizadas para determinar as proporções dos constituintes mais aplicáveis para uma mistura em particular.

É usualmente aceito que a aproximação mais simples seja desenvolver uma mistura com as mesmas resistências de tração e compressão do concreto do protótipo. Entretanto, a resistência à tração tende a aumentar com a redução em escala do tamanho máximo do agregado graúdo, e este critério importante de resistência à tração se torna então mais difícil de ser alcançado.

Vários guias úteis para a proporção da mistura do concreto dos modelos são dados pelo Prof. Harry G. Harris da universidade de Drexel (EUA), este pesquisador conduziu extensivas pesquisas no uso localizado de areia glacial na fabricação de argamassas de areia e cimento, e apresentou recomendações específicas quando projetando misturas com areias não usuais e as propriedades mecânicas auferidas por estas.

O propósito do ensaio no cilindro é fornecer uma amostra representativa do concreto utilizado em uma estrutura. Entretanto, foi estabelecido experimentalmente que a resistência à compressão axial indicada para uma mistura de concreto aumenta com a diminuição do tamanho do cilindro de ensaio. Afortunadamente, esta relação não é tão significante, mas a necessidade ainda existe em se compreender estas regras para especificar os tamanhos dos cilindros que variam de 150mmx300mm até 50mmx150mm (diâmetros). O comitê 444 do ACI recomenda que cilindros com 50mmx100mm de diâmetro sejam aceitos como padrão para comparação entre misturas de concreto. O uso de um tamanho comum para os cilindros é especialmente importante para comparar resistência à tração do concreto a qual apresenta maior variabilidade do que a resistência à compressão.

Para elementos do modelo com características de dimensões bem pequenas, entenda-se 6mm à 12mm, as resistências presumidas para cilindros de 50mmx100mm pode não representar o material do modelo graças a disparidade entre as características dimensionais do modelo e do cilindro de ensaio. Neste caso é sugerido que ensaios adicionais sejam conduzidos em cilindros de aproximadamente o mesmo diâmetro das dimensões características do modelo. A relação de dois para um do comprimento em relação ao diâmetro deve ser mantida.

Misturas de gesso e areia têm sido desenvolvidas, e simularam satisfatoriamente as propriedades mecânicas do concreto do protótipo incluindo as características de tensão- deformação. Uma vantagem importante no uso do gesso ao invés do cimento é a alta resistência inicial obtida com o gesso, e a conseqüente redução do tempo de cura antes do ensaio. Gesso puro, contendo nada de areia, tende a exibir resistências altas de tração e comportamento dúctil, que não são as características do concreto convencional.

Capítulo 9 – Anexo: “Estudo De Modelos Físicos Reduzidos” 108

9.3.5 MODELOS DE ARMADURA

As condições de similaridade se fazem necessária para a armadura do modelo para que as características de ancoragem e da curva tensão-deformação sejam similares às aquelas da armadura do protótipo. O critério da ancoragem, que é freqüentemente difícil de se encontrar, é discutido na seção subseqüente.

Concreto dos modelos apresentando um fator de escala unitário para a curva tensão- deformação não é algo anormal, conseqüentemente, os materiais das armaduras no modelo e no protótipo devem apresentar curva tensão-deformação idêntica. Isto restringe severamente a escolha do material da armadura no modelo.

Estas considerações, junto com custo e viabilidade, fazem do aço o mais aceitável material para armadura. Fios disponíveis comercialmente normalmente não exibem a relação tensão- deformação necessária. Tais fios são tão “duros”, quanto “moles”, e assim é necessário recozer os fios de alta resistência ou encruar a frio os fios mais “moles”. Pesquisadores nas Universidades de McGill e Queen’s têm relatado resultados prósperos com fios especialmente produzidos pela Companhia de Aço do Canadá para atender aos diâmetros necessários para a pesquisa.

Encruamento a frio de aços “moles” tem sido realizado prosperamente na Universidade de Cornell usando um dispositivo especial para o encruamento, o qual simultaneamente deforma e endurece o aço. A Associação do Cimento e Concreto no Reino Unido desenvolveu uma máquina para deformação a frio do aço para modelos, e assim aumentando o grau de semelhança deste com as armaduras do protótipo.

Barras desgastadas têm sido usadas como armadura nos modelos, mas sua ancoragem com o concreto tende a ser falsamente alta22. Em aplicações com concreto protendido, fios de piano ou cordoalhas das marchas de bicicleta, têm sido usados com bastante sucesso na simulação dos cabos de protensão.

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Este fato acontece, pois as barras são gastas através de lixas que imprimem nas mesmas ranhuras que aumentam a aderência entre o concreto e a armadura. Interessante seria tornear estas barras desgastando-as sem aumentar a aderência e a posterior imprimir as saliências as mesmas, quando houver.

9.3.6 ADERÊNCIA

A semelhança na ancoragem se torna importante nos estudos de modelos envolvendo a falência da mesma, a magnitude e distribuição das fissuras, as deflexões pós-fissuração, e os efeitos de cargas repetidas. O grau de fissuração, por sua vez, afeta a distribuição de forças e momentos indeterminados em estruturas de concreto.

A influência, de diferentes parâmetros nas características de aderência dos fios de aço disponíveis para os modelos, foi apresentada pelo professor Harry G. Harris, que resumiu estudos relatados por vários pesquisadores. Um adequado comportamento de aderência foi alcançado em modelos de concreto armado usando fios deformados com relações comprimento e diâmetro similares as do protótipo.

9.3.7 FABRICAÇÃO

A fabricação requer muito cuidado e engenhosidade. É usualmente necessário e possível em modelos de resistência última reproduzir a seqüência de fabricação usada no protótipo. A fôrma deve alcançar as exigências de rigidez, absorção de água e permitir a retração. Fôrmas de madeira laminada, plásticos, ou aço são usadas normalmente. A tolerância exigida e os custos devem ser considerados na escolha de um material ou outro na construção da forma.

O posicionamento das armaduras pode ser montado através de fusão, juntas de pressão, eletro- soldagem, ou amarração com arames recozidos bem finos. Cuidados devem ser tomados nos primeiros três métodos para assegurar que não resultem em mudanças nas propriedades do material nestas regiões, principalmente quando pequenos diâmetros estão sendo usados.

A amarração da “gaiola23” das armaduras requer muito tempo e paciência, fornecem menos rigidez que os outros métodos e são acessíveis apenas para modelos não tão pequenos. O lançamento do concreto é o maior problema, e o uso de aditivos pode se tornar necessário, especialmente em seções finas.

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O termo “gaiola” usado refere-se as barras amarradas entre si formando um conjunto rígido de barras de aço. A aparência física com uma gaiola é então de fácil percepção.

Capítulo 9 – Anexo: “Estudo De Modelos Físicos Reduzidos” 110

A compactação é alcançada com o uso de vibradores internos e externos, ou por meio do uso de uma mesa vibradora a qual a forma será inabalavelmente fixada.

9.3.8 ENSAIO DE MODELOS

Pórticos de reação e métodos de carregamento devem ser considerados nas etapas preliminares quando planejando um estudo com modelos. Se as medidas de deformação são para serem medidas relativamente ao pórtico de reação, a rigidez do pórtico deve ser considerada. Peso próprio deve ser compensado pela introdução de carregamento no sistema ou por acréscimo de pesos no modelo. Cargas acidentais podem ser aplicadas através de macacos hidráulicos. Bolsões de ar ou sistema de vácuo24 também tem sido usado para carregar modelos de lajes e cascas.

O uso de modelos para investigação dos efeitos dinâmicos necessita considerações muito especiais. As exigências de similaridade são muito mais exatas do que as exigências para o carregamento estático.

9.3.9 INSTRUMENTAÇÃO DE MODELOS

Instrumentação para ensaios em modelos difere pouco dos métodos usados em outros ramos da análise experimental de tensões. Os extensômetros de resistência elétrica são amplamente usados como um dispositivo sensor, ambos no modelo, propriamente dito como nas células de carga e transdutores de pressão. Sistemas de aquisição e armazenamento de dados são usualmente utilizados.

Deflexões são medidas com relógios comparadores ou com transdutores diferencias de variação linear (LVDT)25, ou com transdutores diferenciais de corrente direta (DCDT)26.

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Tanto os bolsões de ar quanto os sistemas de vácuo são usados corriqueiramente, pois estes dispositivos de inserção de carga permitem uma distribuição superficial mais eficiente.

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LVDT: Linear Variable Differential Transformers

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