pavimentos como chapa
4.10 Experimentos realizados com lajes funcionando como diafragma
4.10.2 Trabalho desenvolvido por Elliot et al
Pela análise do trabalho desenvolvido por Elliot et al (1992), pode-se definir que o escopo do trabalho refere-se ao desenvolvimento de um método de projeto no qual se determine a resistência e a rigidez do piso, considerando-o como diafragma rígido. A investigação do modelo estrutural é feita de duas maneiras distintas, considerando uma análise experimental (com modelos em escala real) e outra teórica. No trabalho experimental pretende-se analisar a deterioração da rigidez de cisalhamento, com o aumento da magnitude e ciclos de carga sobre o modelo construído. Já no trabalho teórico pretende-se desenvolver
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expressões para a resistência de cisalhamento e rigidez das juntas. Além disso, separar os efeitos de Engrenamento (Aggregate Interlock) e Ação de Pino (Dowel Action), apresentando um modelo analítico, para que se promova a determinação de Vu e Ks (força cisalhante
máxima e rigidez, respectivamente) para uma grande gama de pavimentos.
Pode-se dizer que o arranjo experimental do modelo utilizado neste trabalho é semelhante ao discutido no item anterior dessa dissertação. Novamente foram utilizadas duas unidades alveolares, com preenchimento in loco da região sobre as vigas de apoio e nas juntas longitudinais. Na direção transversal às lajes, sobre as vigas de apoio, foram utilizadas como tirante uma ou duas cordoalhas de 12,7 mm. Foram realizados cinco testes diferentes, sendo que em cada um deles apenas uma característica foi alterada. Pode-se dizer que o TESTE 1 foi a referência para comparação dos outros quatro testes. Assim como no outro trabalho discutido, no TESTE 2 a ação de pino foi omitida da situação. Já no TESTE 3 a largura da fissura inicial (presente nas juntas longitudinais) foi diminuída. No TESTE 4 foram inseridas, sobre as vigas de apoio, duas linhas de cordoalhas como tirante. No TESTE 5, a condição de apoio foi alterada, trocando-se o elemento por uma peça pré-fabricada em formato “L”.
A seguir, será comentado sobre alguns importantes resultados obtidos com o ensaio destas cinco estruturas.
a) Tensão de cisalhamento
De acordo com Elliot et al (1992), o resultado mais importante dos experimentos é a determinação e análise da tensão de cisalhamento ao longo das juntas longitudinais. Tal tensão depende da área de contato efetiva entre duas lajes adjacentes. De acordo com os autores, o TESTE 3 foi o que apresentou o menor coeficiente de segurança com relação aos valores definidos pelas normas internacionais. Tal resultado pode ser observado no teste no qual se aplicou um dos concretos com menor resistência obtida e com menor largura da fissura inicial. Entretanto, em todos os casos, os valores obtidos (não para a carga de ruptura) foram maiores que o valor máximo limitado pela FIP em análises de estado limite último, que é de 0,1 N/mm2.
b) Rigidez ao cisalhamento longitudinal
Novamente, os valores de Ks foram obtidos a partir da análise dos gráficos de V (força
de cisalhamento) X δs (deslocamento das lajes). De acordo com Elliot et al (1992), nos testes
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grande deterioração de Ks e grande deformação residual δt. Já nos TESTES 4 e 5, onde a
carga cíclica foi mais distante da carga de ruptura, a degradação de Ks foi bastante reduzida,
com uma deformação residual praticamente desprezável.
c) Tração nas armaduras do tirante
Como verificado no outro artigo analisado nesta dissertação, as forças nos tirantes são responsáveis por gerar o atrito de cisalhamento na junta longitudinal (região perpendicular aos tirantes). Pela análise da Figura 4. 47, que indica a relação da força cortante com a força no tirante, pode-se perceber uma grande diferença quando se considera as lajes carregadas próximas a ruptura (Figura 08 – a) e aquelas em que o carregamento é mais leve (Figura 08 – b).
(a) (b)
Figura 4. 47 – Força nos tirante a partir do cisalhamento V: (a) Situação da laje próxima a ruptura; (b) Situação da laje longe da ruptura (BASEADO EM: Elliot et al, 1992).
Pode- verificar, entretanto, que em qualquer caso a força máxima em cada uma das barras do tirante foi inferior à resistência máxima de tração do fio, que neste caso é de 165 kN.
d) Variação da espessura da fissura longitudinal com o deslocamento longitudinal
A variação da espessura da fissura ao longo da junta longitudinal, em função do deslocamento das placas, é dada na Figura 4. 48.
De acordo com os autores, o formato “U” do gráfico representa o realinhamento das partículas do concreto de preenchimento na interface dos elementos pré-fabricados. Nota-se também um aumento na espessura da fissura da mesma magnitude do deslizamento observado, para uma ação crescente de número de ciclos, que em termos de atrito de cisalhamento trata-se de um aumento significativo.
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e) Modos de falha
De acordo com Elliot et al (1992), o atrito de cisalhamento é garantido se o Aggregate
Interlock age nas asperezas existentes na fissura longitudinal entre as lajes. Nos TESTES 1 a
4, onde os apoios são formados por vigas moldadas in loco, o modo de falha no mecanismo de pino se deu por esmagamento e divisão do concreto nas proximidades da articulação longitudinal e ao longo das barras do tirante. Já no TESTE 5, onde se aplicou como apoio das lajes vigas pré-fabricadas, a falha se deu por fissuração da tensão diagonal e formação de fissura ao longo da articulação entre a viga e a extremidade das lajes. De acordo com os autores, esta quebra pode ter ocorrido pela retração do concreto de preenchimento sobre a viga.
Figura 4. 48 – Largura da fissura com relação ao deslocamento das placas para o teste cíclico 1.
f) Contribuição e efeito das vigas pré-fabricadas de apoio
De acordo com os autores, a presença da viga pré-fabricada no apoio das lajes causou um aumento considerável da rigidez Ks e da resistência ao cisalhamento V, quando se
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compara este ensaio com um idêntico (TESTE 1), mas que não possui a viga pré-fabricada. Pode-se dizer, entretanto, que esse aumento da rigidez Ks não foi maior do que o valor obtido
no TESTE 4, no qual se inseriu uma barra a mais de tirante. Isso ocorre pois, antes da falha inicial de atrito de cisalhamento, a rigidez axial é fornecida exclusivamente pela viga pré- fabricada, pois a força no tirante na região in loco permaneceu nula, até o momento da falha. Quando a ruptura ocorreu, o desenvolvimento das fissuras se deu através das vigas pré- fabricadas, e tanto os tirantes com os reforços longitudinais atuaram juntos, gerando uma rigidez alta, que foi suficiente para conter a ampliação da fissura. Sem as vigas pré-fabricadas de apoio, uma grande rigidez de cisalhamento foi mantida após a ruptura inicial de atrito de cisalhamento.
Pretende-se a seguir comentar-se sobre alguns resultados teóricos obtidos no trabalho de Elliot et al (1992). Não foi o escopo do trabalho desenvolvido pelos autores demonstrar passo a passo a determinação das expressões analíticas para futura comparação com os resultados experimentais. Desta maneira, o objetivo do trabalho teórico é a criação de modelos analíticos que podem ser aplicados para prever a carga de deformação e ruptura de determinado modelo.
Inicialmente Elliot et al (1992) estudaram modelos analíticos para interferência do
Aggregate Interlock no funcionamento do diafragma rígido. Para tal, considera-se uma
pequena região da junta longitudinal separada (Figura 4. 49 – a) e a seguir sua simplificação (Figura 4. 49 – b) para inicio de montagem dos vetores que representam as decomposições de forças existentes nesta interface.
(a) (b)
Figura 4. 49 – Trecho da junta longitudinal entre lajes: (a) Modelo real; (b) Modelo simplificado (BASEADO EM: Elliot at al, 1992).
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Durante os deslocamentos que ocorrem devido à força de cisalhamento, as áreas de contato entre as esferas (agregados) e a matriz (argamassa), vão diminuindo. Isso faz com que as tensões existentes em tais pontos vão aumentando. A partir das condições de equilíbrio de uma única partícula do esquema anterior, pode-se determinar a resistência do material da matriz.
Elliot et al (1992) promoveram a comparação entre os resultados obtidos do TESTE 2. De acordo com os autores, as previsões ficaram dentro de 10% de diferença. A Figura 4. 50 indica os valores teóricos e experimentais sobrepostos.
A comparação entre os valores obtidos pode levar a algumas conclusões, de modo a se complementar os estudos experimentais realizados. De acordo com Elliot et al (1992), a falha do atrito de cisalhamento se deu quando a largura da fissura existente entre placas foi menor que 0,9 mm. Assim, considerando-se questões de projeto, a largura máxima da fissura que deverá existir entre as lajes é de 0,5 mm.
Com a realização dos trabalhos experimentais, os autores ainda propõem algumas recomendações de projeto, quando se considera um pavimento com lajes alveolares sem capa estrutural funcionando como diafragma rígido. A primeira delas diz respeito às barras do tirante (e pino), que devem ser inseridas sobre as vigas de apoio aproximadamente na metade da altura da laje alveolar, de modo a garantir a compactação e utilização completa do concreto ao redor das barras, conforme ilustra a Figura 4. 51.
Figura 4. 50 – Comparação entre os resultados teóricos e experimentais para a carga de ruptura do sistema (BASEADO EM: Elliot at al, 1992).
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Figura 4. 51 – Possibilidade de fissuras ao redor da barra que funciona com ação de pino (BASEADO EM: Elliot at al, 1992).
Considerando agora as barras funcionando a tração (tirante), os autores sugerem que na ancoragem das barras (extremidades) deve ser considerada pelo menos 115 kN. Os mesmos podem ser ancorados, em suas extremidades, em pelo menos dois alvéolos abertos das lajes, que são preenchidos no momento do preenchimento das juntas longitudinais e transversais.
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