E NSAIOS DIVERSOS

Em geral, os ensaios nesta secção são variantes dos ensaios que já foram apresentado nos pontos anteriores e o seu objectivo é estudar outros fenómenos que afetam o comportamento da ligação, ou tentar estudar a aderência de novos materiais, ou simplesmente verificar os parâmetros que controlam a resposta da ligação com base em outros procedimentos.

i) Sem força axial aplicada

ii) Com força axial aplicada ii) Com força axial aplicada

Visto a quantidade existente de ensaios que têm como objetivo estudar a ligação aço / betão, aqui apenas serão apresentados três trabalhos experimentais que têm algum interesse para o trabalho a realizar.

3.2.5.1 O programa experimental de Viwathanatepa (1979)

Em 1979, Viwathanatepa [3.19] estudou experimentalmente a influência da armadura passiva na zona de ancoragem das armaduras activas e a resposta cíclica da ligação aço-betão. Ele efectuou ensaios experimentais em que aplicou esforços de tração e de compressão sobre um varão ancorado numa viga reforçada, que se encontrava igualmente ligada a um bloco de betão maciço.

O provete consiste num varão de aço nervurado com 25 mm de diâmetro, embebido 380 mm num bloco de betão. Além do varão de 25 mm, o provete foi reforçado com varões longitudinais (representando 2% do volume do betão) e transversais (representando 0.8% do volume de betão). Os carregamentos em tração e compressão foram aplicados sobre as duas extremidades do varão (Figura 3.23). O programa de investigação implicou o ensaio de 17 provetes variando os diâmetros de varão, o comprimento da ancoragem, o volume de reforço, a história de carregamento e o deslizamento.

Tabela 3.2 – Parâmetros de projeto dos provetes de laboratório ensaiados por Viwathanatepa et al. [3.19].

Parâmetro de projeto Valor

Largura do provete 25 in. Comprimento do provete 48 in. Espessura do provete 10 in. Diâmetro do varão ancorado (nominal) 1.0 in. Diâmetro do varão longitudinal (nominal) 0.875 in.

Diâmetro do varão transversal (nominal) 0.5 in. Razão de aço longitudinal 0.019 Razão de aço transversal 0.01 As contribuições destes ensaios:

1) Os resultados experimentais demonstraram que no caso de carregamentos monotónicos crescentes, a resposta da ligação aço-betão é inicialmente muito rígida, mas esta rigidez reduz-se progressivamente à medida que se reaproxima do pico da resistência (Figura 3.24).

2) Nos casos de carregamentos cíclicos (Figura 3.25), quando é alterado o sentido do deslizamento (devido à mudança de direção de aplicação da carga), a resistência inicialmente baixa devido a efeitos que ocorrem entre o betão existente entre duas nervuras consecutivas e o varão, sendo esse efeito é essencialmente provocado pelo atrito das superfícies de contato. Quando as nervuras atingem novamente o betão intacto, a resistência do conjunto volta a aumentar. Contudo, o valor da resistência não consegue atingir o valor que se obtém em carregamento monotónico.

3) A combinação dos esforços de tração e de compressão aplicados sobre o varão de aço, produz um aumento da resistência da ligação, pois a compressão sobre o reforço traduz-se num confinamento adicional, na zona comprimida da viga.

4) Se se negligenciar os efeitos de escala, considerando o betão do provete como um meio infinito, pode-se observar uma influência do diâmetro do varão de aço. Os resultados indicam que a resistência da ligação diminui ligeiramente aumentando o diâmetro do varão, independentemente do tipo de carregamento (monotónico ou cíclico).

Figura 3.23 –Provete protótipo de Viwathanatepa et al. [3.19].

Figura 3.24 – Tensão no varão versos deslizamento do varão Viwathanatepa et al. [3.19].

Figura 3.25 – Curva tensão-deslizamento do varão de aço em carregamento cíclico [3.19].

3.2.5.2 Ensaio de arrancamento de Zuo e Darwin (2000)

O programa de investigação teve como objectivo principal estudar o comportamento da ligação em carregamento cíclico, e comparar a resposta entre as armaduras de alta aderência e as armaduras convencionais [3.20].

Os varões utilizados têm um diâmetro de 25 mm, estes foram colocados horizontalmente no interior do provete de betão, com a secção de 305x406 mm2 12x16 in2), e comprimento de 4.88 m (16 ft). Espaçados de 762 mm (30 in), eles foram colocados em alternância (um varão

de muito alta aderência, e um varão usual) em cada provete (Figura 3.26). Em todos os casos, o comprimento embebido foi de 254 mm (10 in). A área relativa de nervuras dos varões de muito alta aderência apresentaram um valor de 0.119, enquanto os valores dos varões convencionais foi de 0.085. Por outro lado, o betão tinha uma resistência à compressão fc=35.6 MPa. Cinco ciclos reversíveis em tração-compressão foram aplicados aos varões, os

picos dos carregamentos foram 44.5, 66.7 e 89.0 kN. As contribuições destes ensaios:

1) Os resultados mostraram que o deslizamento é muito maior nos casos dos varões convencionais que nos varões de alta aderência (Figura 3.27). Segundo os autores, o aumento da área relativa das nervuras de 0.085 para 0.119, levou à redução do deslizamento de 50 a 70% nas extremidades sem carga, enquanto que nas extremidades carregadas, a redução é da ordem de 30 a 40%.

Os inconvenientes:

1) Os resultados tornaram-se específicos por causa da especificidade do estudo realizado. Contudo, os ciclos de histerese permitem constatar que, para pequenas deformações, sem atingir a resistência máxima da ligação, o comportamento assemelha-se ao comportamento não linear de um material plástico, fenómeno que se amplifica depois de se empregar as armaduras de muito alta aderência.

a) Vista superior do ensaio b) Secção A-A Figura 3.26 – Geometria do provete de arrancamento múltiplo [3.20].

a) Varões de alta aderência b) Varões normais Figura 3.27 – Curvas força-deslizamento em carregamento cíclico [3.20].

3.2.5.3 O ensaio de corrosão de Ouglova (2004)

O trabalho de Ouglova [3.21] teve como principal objetivo estudar os efeitos da corrosão nas estruturas em betão armado e o seu papel na degradação da interface aço / betão. Para conseguir o seu objetivo, os investigadores desenvolveram ao mesmo tempo um ensaio de arrancamento em provetes com três varões de aço de secção quadrada, embutidos no betão. Estes provetes foram submetidos a diferentes taxas de corrosão. Cada provete é constituído por um bloco de micro-betão com 2 cm de espessura, com as seguintes propriedades: módulo de Young de 30 GPa; tensão de rotura à compressão, fc = 30 MPa, e tensão de rotura à tração,

ft = 2.2 MPa. No que concerne ao aço, dois varões foram completamente embutidos no betão

com o objetivo de os encastrar, enquanto o terceiro varão central ficou parcialmente em contacto com o betão, sobre duas das quatro superfícies planas. As características físicas destes varões são: aço A56, módulo de Young de 200 GPa e limite de elasticidade, σy = 550 MPa. A geometria e a implementação do ensaio pode ser observado na Figura 3.28.

Durante os ensaios, as imagens em instantes predefinidos, permitiram medir os campos, sendo registados com uma câmara CCD (charge-coupled device) de resolução 1000x1000 pixéis. Depois de uma primeira série de ensaios, uma tensão de corte máxima de 0.5MPa foi determinada, considerada pequena em comparação com os valores de 2 MPa para varões lisos e 4 MPa para superfícies com rugosidade, encontradas em geral na literatura. A importante diferença das condições limite para o registo em ensaios clássicos de arrancamento permitem interpretar tais resultados: o confinamento induzido relacionado com o protocolo experimental não está aqui presente.

As contribuições destes ensaios:

funcionamento da ligação (deslizamento relativo entre superfícies) e a respetiva sua evolução. A originalidade das técnicas de medição empregues é sem dúvida a principal vantagem deste ensaio. Isto permitiu avaliar perfeitamente o papel da aderência e efetuar o registo da evolução do dano.

Os inconvenientes:

1) Estes primeiros ensaios ainda não foram realizados para varões nervurados. Além disso os resultados não podem ser feitos em termos quantitativos.

2) O valor da tensão de corte obtida é baixo em comparação com os valores típicos que oscilam entre 2 e 4 MPa. Isto é razoável devido à distribuição das tensões nos corpos de betão, que não é a mesma para um caso de deformação plana e para o caso axissimétrico. A queda abrupta da resistência da ligação é normal dada a ausência de uma interação mecânica entre os dois materiais. A tensão residual que corresponde à resistência limite de atrito pode ainda ser observada.

3) Este ensaio é muito distante de um caso real por empregar varões de secção quadrada, em vez de varões usuais de secção circular. Este ensaio é uma primeira aproximação ao núcleo do fenómeno: pode-se constatar a distribuição interna e a evolução do dano da ligação.

a) b)

Figura 3.28 – Ensaio da influência da corrosão sobre a interface: a) geometria do provete com varão corroído; b) implementação do ensaio [3.21].

3.3.

BIBLIOGRAFIA

[3.1] Cox J. V., Herrmann L. R., Development of a plasticity bond model for steel

[3.2] Lowes L. N., Finite element modeling of reinforced concrete beam-column bridge

connetions, Ph. D. Thesis, Civil Engineering Graduated Division, University of California,

Berkley, USA, 1999.

[3.3] Cairns J., Plizzari G. A., Do we need a standard test for bond?, Bond in concrete: Proceeding of the Conference held at the Budapest University of Technology and Economics, Balazs et al. (eds.), 2002.

[3.4] Rehm G., The fundamental law of bond, Proceeding of the Symposium on bond and Crack Formation in Reinforced Concrete, Stockholm; RILEM, Paris, 1957.

[3.5] Lutz L. A., Gergely P. & Winter G., The mechanics of bond and slip of deformed

reinforcing bars in concrete. Cornell University; Structural Engineering Report No. 324,

August 1966.

[3.6] Eligehausen, R., Popov, E.P. & Bertero, V.V., Local bond stress-slip relationships of

deformed bars under generalized excitation. University of California; Report No.

UCB/EERC-83/23 of the National Science Foundation, 1983.

[3.7] La Borderie, C. &, Pijaudier-Cabot G., Etude expérimental du comportement des

matériaux renforcés. Rapport intermédiaire: Détermination expérimentale des lois de

comportement de l’interface fibre-matrice; Rapport LMT Cachan; Contrat I70/1F 3146 avec Electricité de France, 1987.

[3.8] Gambarova P.G. & Rosati G.P., Bond and splitting in bar pullout: behavioural laws and

concrete cover role; Magazine de Concrete Research; Vol. 49, No. 179 pp 99-110, 1997.

[3.9] Goto Y., Cracks formed in concrete around tension bars; ACI Journal; Vol. 68 (4), pp 244-251, 1971.

[3.10] Clément, J.L., Interface acier-béton et comportement des structures en béton armé:

caractérisation-modélisation; Thèse de l’Université Paris VI, 1987.

[3.11] Daoud A., Etude expérimentale de la liaison entre l’acier et le béton auto-plaçant –

contribution à la modélisation numérique de l’interface; Thèse de l’INSA de Toulouse, 2003.

[3.12] Molina M., Gutierrez J.P. & Garcia M.D., Evaluation of reinforced concrete structures

with partial loss of concrete/steel bond, Bond in concrete : Proceedings of the Conference

held at the Budapest University of Technology and Economics ; Balazs et al. (eds.), pp. 182- 189, 2002.

[3.13] Turk K., Caliskan S. & Yildirim M.S., Influence of loading condition ans

reinforcement size on the concrete/reinforcement bond strength, Structural Engineering and

Mechanics; Vol. 19 (3), pp. 337-346, 2005.

[3.14] Vogel, T., Köppel, S., Possibilities and limitations of acoustic emission analysis for

reinforced concrete, Non-Destructive Testing in Civil Engineering 2003 International

Symposium (NDT-CE 2003),September 16-19, 2003 in Berlin, Germany

[3.15] Ramirez, D. N., Etude de la Liasion Acier-Béton- De la Modélisation du Phénomèné à

la Formulation d'un Elément Fini Enrichi «Béton Armé», These de Doctorat, L’École

Normale Superieure de Cachan, Université Paris 6, 2005.

[3.16] Coronelli D., Gambarova P.G. & Ravazzani P., Size effect in steel-concrete bond: test

results and modeling for smooth bars; Fracture Mechanics of Concrete Structures (Framcos);

Borst et al. (eds); pp 669-676, 2001.

[3.17] Bamonte Z.P., Coronelli D., Gambarova P.G., Size effects in high-bond bars; “Bond in concrete”: Proceedings of the Conference held at the Budapest University of Technology and Economics; Balazs et al. (eds); pp 43-52, 2002.

[3.18] Jaccoud J.P., Armature minimale pour le contrôle de la fissuration des structures en

béton; Thèse de l’EPF de Lausanne. 1987.

[3.19] Viawanthanatepa, S., Bond deterioration of reinforced bars embedded in confined

concrete blocks, Ph. D. Thesis, University of California, Berkeley, USA, 1979.

[3.20] Zuo J. & Darwin D., Bond slip of high relative rib area bars under cyclic loading, ACI Structural Journal, Vol. 97(2), pp. 331-334, 2000.

[3.21] Ouglova A., Analyse du comportement de structures en béton armé atteintes de