Programa Experimental

Neste capítulo é descrito o modelo físico de pórtico de concreto pré-moldado e são detalhados os materiais empregados na sua construção e no reforço das ligações e as etapas da montagem. Também são apresentadas: a metodologia, a configuração e a instrumentação utilizadas nas diferentes etapas dos ensaios dinâmicos e estáticos.

5.1. Generalidades

A partir dos resultados obtidos e da experiência adquirida nos ensaios-piloto, foi projetado o modelo reduzido de pórtico em concreto armado, com dimensões apropriadas para a realização de ensaios experimentais estáticos e dinâmicos no Laboratório de Estruturas (LE).

Inicialmente, havia sido planejada a construção de quatro modelos, variando os elementos das ligações, para a aplicação da mesma metodologia de ensaio. Essa idéia mostrou-se improdutiva, visto que seria necessário um trabalho experimental bastante extenso e dispendioso para apenas repetir a metodologia de ensaio proposta. Assim, os ensaios foram realizados num único modelo físico, porém em etapas distintas do estado de danificação e também após a aplicação de reforço com laminados de PRFC nas ligações viga-pilar. Além disso, utilizaram-se configurações de carregamento com forças aplicadas nas direções vertical e horizontal.

O modelo foi idealizado de forma a representar o comportamento de pórticos comumente utilizados em estruturas reais de galpões industriais, ou até mesmo de edifícios de múltiplos pavimentos em concreto pré-moldado, com ligação viga-pilar semi-rígida

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parcialmente resistente a momento fletor. A geometria de uma estrutura real equivalente é definida por: altura = 3 m; vão = 6 m, seção transversal dos pilares = 45 cm x 45 cm e seção da viga = 45 cm x 60 cm. A partir desses valores, as dimensões dos elementos foram reduzidas por um fator de escala 1:3. Alguns elementos da ligação (furo do chumbador, almofada de apoio e espaço entre o dente e o consolo) e os materiais empregados (agregados, barras de aço e laminados de PRFC) não puderam ser reduzidos na mesma proporção devido à dificuldade de obtenção, execução e montagem destes itens. Contudo esse aspecto não causou prejuízo aos resultados obtidos, visto que a análise dos resultados foi feita utilizando um critério comparativo para avaliar os diferentes métodos de ensaio empregados.

Apesar de não considerar rigorosamente os aspectos da Teoria da Semelhança na redução dos modelos, acredita-se que o modelo de ligação adotado nesta pesquisa pode fornecer resultados representativos de uma estrutura real. A consideração rigorosa do efeito de escala é um assunto complexo, principalmente tratando-se do material concreto. Nóbrega (2004) cita que os fenômenos de fissuração, deformação e ruptura podem sofrer a influência da escala reduzida e os dados obtidos resultarem comprometidos. Porém, a adoção de modelos reduzidos mostrou-se adequada neste caso, visto que: a) o valor da rigidez da ligação pode ser obtido para pequenas intensidades de carregamento, sem que houvesse intensa fissuração do concreto; b) o objetivo desta pesquisa está voltado ao desenvolvimento de técnicas dinâmicas para avaliar um parâmetro do comportamento global da estrutura e para comparar diferentes metodologias experimentais; c) o mesmo modelo pode ser ensaiado estática e dinamicamente, com menor custo, maior rapidez e utilizando equipamentos existentes no LE.

Nóbrega (2004) fez um levantamento de pesquisas realizadas sobre os efeitos da escala em modelos experimentais de concreto armado, submetidos a carregamentos estáticos e dinâmicos. O autor encontrou respaldo na literatura para a escala 1:4 utilizada nos seus modelos e, em relação aos materiais, diminuiu apenas o tamanho do agregado graúdo. Fonseca (2007) também realizou estudos em modelos reduzidos por um fator de aproximadamente 1:3, obtendo resultados satisfatórios que caracterizaram os mecanismos resistentes da ligação viga-pilar reforçada com laminados de PRFC.

Considerando o caráter metodológico desta pesquisa, cujo objetivo principal é investigar uma técnica para determinar diretamente a rigidez da ligação, o tipo de ligação viga-pilar adotado foi o usualmente empregado em estruturas reais, sem a intenção de desenvolver ou aprofundar os estudos sobre um mecanismo específico de ligação. Os

recursos usados foram: dente e consolo, chumbador metálico, preenchimento com graute e almofada de apoio de borracha.

O modelo de pórtico foi ensaiado em três etapas, definidas da seguinte forma:

 Primeira etapa: ensaio do modelo sem reforço, até a fissuração do pórtico, com carregamento na direção vertical;

 Segunda etapa: ensaio do modelo reforçado, com carregamento na direção vertical e realização de ensaio até a ruína do pórtico. O reforço com laminados inseridos de PRFC incrementou a resistência e a rigidez das ligações;

 Terceira etapa: ensaio do modelo já rompido, com força aplicada na direção horizontal, no sentido longitudinal da viga. Esta configuração destinou-se à avaliação do comportamento da ligação submetida a momento positivo, esforço que pode ocorrer por ação do vento, ou efeitos de variação térmica, ou ainda, por redistribuição de esforços.

Os ensaios dinâmicos foram feitos em todas as etapas, sendo intercalados aos ensaios estáticos, com o objetivo de acompanhar a variação da rigidez da ligação. Também foram realizados ensaios dinâmicos durante a montagem e construção do modelo.

5.2. Descrição do modelo

O modelo desta etapa da pesquisa é um pórtico de concreto armado (Figura 70), de tamanho reduzido, composto por dois pilares (seção transversal de 15 cm x 15 cm) e uma viga (seção transversal de 15 cm x 20 cm). No Quadro 1, são apresentadas as características específicas do modelo ensaiado.

A conexão do pórtico com a laje de reação foi estabelecida por meio de chapas de base conectadas às extremidades rosqueadas das barras dos pilares por porcas e arruelas. Como pode ser visto na Figura 71, as chapas foram furadas conforme o detalhamento das barras longitudinais da armadura dos pilares, que traspassavam a chapa e foram rosqueadas pela parte inferior desta, antes mesmo da concretagem dos elementos. Não foi efetuado cálculo para dimensionar as chapas de base, no entanto, foram adotadas chapas de aço do tipo SAE- 1020 com espessura de 25 mm e dimensões em planta bem maiores que as dimensões da seção do pilar. Além das chapas, foi elaborado um dispositivo metálico de travamento do conjunto na laje de reação, em forma de cantoneira, para garantir o engastamento na base dos

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pilares, conforme esquema ilustrado na Figura 72 e nas fotos da Figura 73. A preocupação em estabelecer um engaste nessa região é para eliminar ruídos nos sinais dinâmicos oriundos de condições de contorno diferentes das idealizadas. Além disso, o comportamento da ligação do pilar com a fundação, que nesse caso é a chapa de base, não é o foco desta pesquisa e, portanto, não foi dimensionada como tal. Apenas utilizaram-se placas espessas, com dimensões bem maiores que as dos pilares, de forma a impedir a rotação ou evitar a ruptura nesse ponto.

Figura 70 – Características básicas do pórtico de concreto armado.

Figura 71 – Chapas de base dos pilares.

LADO A

LADO B

x

z y

Modelo Características Desenho esquemático

Sem reforço

Modelo com elementos pré- moldados.

Ligação idealizada como articuladaformada por: dente e consolo, almofada de apoio de borracha, chumbador e preenchimento com graute no vazio entre o dente da viga e o pilar. Com reforço por inserção de laminado de PRFC

Modelo anterior, que depois da primeira etapa de ensaio, apresentou danificação limitada (fissuração) dos elementos de concreto.

As ligações, após o reforço com laminado de PRFC inserido no concreto de cobrimento nas laterais, tornaram-se semi-rígidas.

Observação:

Essa etapa foi realizada em parceria com outra pesquisa em desenvolvimento no LE, que avalia o reforço da ligação com laminado de PRFC.

Quadro 1 – Características do modelo do programa experimental.

Dimensões em cm Desenho sem escala

15 1, 0 9,5 10,5 9,5 9,5 165 20