UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGAÇÕES VIGA-VIGA PREFORMADAS DE CONCRETO ARMADO COM ARMADURA DE PELE SOB TORÇÃO ENGº CIVIL MIKHAIL LUCZYNSKI Belém/PA 2009

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGAÇÕES VIGA-VIGA PREFORMADAS DE CONCRETO ARMADO COM ARMADURA DE PELE SOB TORÇÃO ENGº CIVIL MIKHAIL LUCZYNSKI Orientador: Prof. D. Sc. Dênio Ramam Carvalho de Oliveira Belém/PA 2009 i

3 Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) Biblioteca Central/UFPA, Belém - PA Luczynski, Mikhail, 1983 Análise experimental de ligações viga-viga preformadas de concreto armado com armadura de pele sob torção / Mikhail Luczynski; orientador, Dênio Ramam Carvalho de Oliveira Dissertação (Mestrado) Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Belém, Vigas de MOISÉS concreto. MESSIAS 2. Concreto SÁ DA Armado. CUNHA 3. Torção. 4. Deformações e tensões. I. Título. ii

4 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGAÇÕES VIGA-VIGA PREFORMADAS DE CONCRETO ARMADO COM ARMADURA DE PELE SOB TORÇÃO ENGº CIVIL MIKHAIL LUCZYNSKI COMISSÃO EXAMINADORA Prof. Dr. Dênio Ramam Carvalho de Oliveira (Orientador) Prof. Dr. Ricardo José Carvalho Silva (Examinador Externo - UNIFOR) Prof. Dr. Ronaldson José de França Mendes Carneiro (Examinador Interno) Prof. Dr. Alcebíades Negrão Macêdo (Examinador Interno) Belém/PA 2009 iii

5 A DEUS. iv

6 AGRADECIMENTOS Ao prof. Dênio Ramam pela orientação, incentivo e confiança insubstituível ao desenvolvimento deste trabalho e de tecnologias inovadoras no campo de estruturas de concreto armado. Aos professores do PPGEC Alcebíades Negrão Macêdo e Bernardo Borges Pompeu Neto pelo apoio constante e contribuição para a minha formação durante este período da pósgraduação. Aos técnicos do Laboratório de Engenharia Civil, em especial ao Urbano e ao estimado amigo Wellington funcionário da SAENGE pela ajuda indispensável durante todo o período de realização da confecção, concretagem e dos ensaios das vigas. Aos grandiosos amigos do grupo GAEMA o qual faço parte: Nívea Gabriela Albuquerque, Kelly Nahum, José Guilherme Melo, Leandro Queiroz, Tiago Rodrigues, Natasha Cristina, Leila Nunes, Iana Damasceno, Rittermayer Teixeira, Amaury Aguiar, Aarão Ferreira Neto, Arnolfo Valente, Leonyce Santos que dedicaram seu tempo para ajudar em momentos decisivos em especial ao Agleílson Reis Borges, Alexandre Vilhena, Régis Rivo e Victor Hugo Lopes Branco pela atenção, paciência e apoio que me concederam nos momentos mais difíceis. Aos amigos do PPGEC Rosielle Pegado, Peterson Rodrigo, Marcus Anderson e em especial a Gyselle Maciel de Almeida, Guilherme Salazar e Fabrício Pires, pela valorosa e verdadeira amizade com contribuição e ajuda na realização deste trabalho mesmo ausentes fisicamente. Aos meus pais, em especial a minha mãe não somente durante os momentos dedicados a esta pesquisa, mas em todos os momentos da minha vida e digo: devo tudo a vocês. Aos meus irmãos Czeslaw, Miroslaw, Miroslawa e em especial ao Estanislau pelo carinho, ajuda, incentivo e preocupação em todos os momentos. Aos amigos da graduação Danielle Ramos, Valdemir Colares, Andréa Barreto, Oniwendell Felipe, Dion Cunha, Cristiano Comim pela ajuda indispensável na realização deste trabalho e outras pesquisas relevantes. A FAPESPA, CNPq e CAPES pelo apoio financeiro e científico para a realização deste trabalho. v

7 Deus não impõe ao homem nenhuma carga superior às suas forças (Provérbio Indiano) vi

8 RESUMO Análise Experimental de Ligações Viga-Viga Preformadas de Concreto Armado com Armadura de Pele Sob Torção O sistema preformado consiste, basicamente, de placas delgadas autoportantes que substituem com vantagens as fôrmas de madeira largamente empregadas na moldagem de elementos estruturais em concreto armado, garantindo as características geométricas das peças e otimizando a execução. Uma dessas grandes vantagens é que as ligações entre os elementos estruturais podem ser consideradas monolíticas, atribuindo maior rigidez e estabilidade à estrutura. Baseando-se nesta vantagem, este trabalho visa analisar experimentalmente o comportamento de 08 (oito) conjuntos de vigas de concreto armado verificando a ligação viga-viga de bordo, submetidos ao esforço de torção, sendo 04 conjuntos maciços e 04 preformados. Foram realizadas análises comparativas através dos resultados obtidos experimentalmente e dos fornecidos por normas técnicas nacionais e internacionais. As vigas tiveram seções transversais iguais a 150 mm x 400 mm e comprimentos de mm e 600 mm para os trechos bi-engastados e em balanço, respectivamente, sendo a variável de estudo a contribuição da armadura de pele no combate ao esforço de torção. O programa experimental foi constituído por 02 conjuntos de vigas de referência, sendo um maciço e outro preformado, e 06 (3 pares de maciço e preformado) apresentaram armadura de pele sendo 02 com 1 barra, 02 com 2 barras e 02 com 4 barras. Foram apresentados e analisados os resultados observados para os deslocamentos verticais e horizontais, deformações nas armaduras de cisalhamento próximas a região de ligação viga-viga, nas armaduras de pele e na ancoragem da ligação entre as vigas, e a propagação das fissuras. Os valores observados para cargas últimas foram comparados com os resultados estimados e com os obtidos por outros autores. Palavras-Chave: Concreto Armado, Viga, Torção, Ligação, Preformado. vii

9 ABSTRACT Experimental analysis of Connections Beam-beam Preformed of Reinforced Concrete with Skin Reinforcement under Torsion The preformed system consists, basically, of self standing thin plates that substitute with advantages the conventional wood mold system for reinforced concrete structural elements, guaranteeing the geometric characteristics of the pieces and optimizing the execution. One of these great advantages is that the connections among the structural elements can be considered monolithic, attributing larger rigidity and stability to the structure. Basing on this advantage, this work seeks to analyze the experimental behavior of 08 (eight) reinforced concrete of beams with verifying the edge beam-beam connection under torsion, with 04 solid groups and 04 preformed. Comparative analyses will be carried out between the experimental results and those from several design codes. The beams presented cross sections of 150mm x 400mm and lengths of 1.800mm and 600mm for the two fixed and cant lever beam, respectively, aiming to verify the contribution of the skin reinforcement against shear forces. The experimental program was constituted by 02 groups of reference beams, with one solid and other preformed, and 06 (3 solid and preformed) with skin reinforcement being 02 with 1 bar, 02 with 2 bars and 02 with 4 bars. There was presented and analyzed the results observed for vertical displacements, steel strains of the shear reinforcement around the area of the edge beam-beam connection, behavior of the skin reinforcement and of the anchorage in the connection between the beams, and the cracking pattern. The failure loads were compared to the estimate results and with those from other authors. Word-key: Reinforced Concrete, Beam, Torsion, Connection, Preformed. viii

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Considerações Gerais Justificativa Objetivos Estrutura do Trabalho 4 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ELEMENTOS PREMOLDADOS E PREFABRICADOS Vantagens e Desvantagens do Sistema Premoldado Tipos de Elementos Estruturais Premoldados Ligações entre Elementos Premoldados ELEMENTOS PREFORMADOS TORÇÃO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO CASOS COMUNS DE TORÇÃO TORÇÃO DE EQUILÍBRIO E DE COMPATIBILIDADE TORÇÃO SIMPLES (TORÇÃO DE SAINT-VENANT) COMPORTAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO SOLICITADAS À TORÇÃO SIMPLES ANALOGIA DA TRELIÇA ESPACIAL PARA TORÇÃO SIMPLES COMBINAÇÃO DE TORÇÃO, FLEXÃO E CISALHAMENTO FORMAS DE RUPTURA POR TORÇÃO Ruptura por tração Ruptura por compressão Ruptura dos cantos Ruptura na ancoragem PROCEDIMENTOS TEÓRICOS DE CÁLCULO TRABALHOS REALIZADOS SILVA FILHO (2004) PRIOR et al. (1993) LAGO et al. (2007) Vigas preformadas 44 ix

11 TEIXEIRA et al. (2007) MELO (2008) SOUZA et al., (2006) PRESCRIÇÕES NORMATIVAS Considerações iniciais NBR 6118 (ABNT, 2003) Dimensionamento de vigas à flexão Dimensionamento de vigas ao cisalhamento 63 a. Modelo de Cálculo I 64 b. Modelo de Cálculo II Dimensionamento de vigas a torção 65 a. Ruptura por esmagamento das bielas 66 b. Ruptura por tração das armaduras longitudinais ACI 318R (ACI, 2008) Dimensionamento de vigas ao cisalhamento Dimensionamento de vigas a torção CEB FIP MC Dimensionamento de vigas ao cisalhamento Dimensionamento de vigas à torção 72 3 PROGRAMA EXPERIMENTAL Características das Vigas Armadura Instrumentação Concreto Armaduras Sistema de ensaio e aplicação de carga Materiais Concreto Composição Resistência à compressão Resistência à tração Módulo de Elasticidade 92 x

12 3.5.2 Aço Sistema de fabricação das vigas Fôrmas 93 4 RESULTADOS DOS ENSAIOS Considerações iniciais Propriedades dos materiais Concreto Resistência à compressão Resistência à tração Módulo de Elasticidade Aço Ensaios dos conjuntos Deslocamentos horizontais e verticais Deformações do concreto Deformações da armadura de flexão Deformações da armadura de cisalhamento Deformações dos ganchos de ancoragem Deformações das armaduras adicionais de ancoragem e armaduras de pele Ângulo de Torção Padrão de Fissuração Análise dos resultados experimentais Deslocamentos horizontais e verticais Deformações Armadura de flexão Armadura de Cisalhamento Ganchos de ancoragem Armaduras adicionais de ancoragem e armaduras de pele Superfície do concreto Ângulos de torção Padrão de fissuração Comparação com as estimativas normativas ACI xi

13 CEB-FIP MC NBR 6118 (ABNT, 2003) CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Conclusões Sugestões para trabalhos futuros REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A 132 xii

14 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Comparação entre os sistemas estruturais convencional e preformado (MELO, 2006) 2 Figura 2.1 Equipamentos de montagem de premoldados (SILVA FILHO et al., 2006) 7 Figura 2.2 Montagem e transporte de estruturas premoldadas (SILVA FILHO et al., 2006) 7 Figura 2.3 Armadura saliente e concreto moldado no local (TEIXEIRA, apud EL DEBS, 2000) 11 Figura 2.4 Recortes, chaves e encaixes (TEIXEIRA, apud EL DEBS, 2000) 12 Figura 2.5 Esquema de fabricação de elementos preformados (MELO, 2008) 13 Figura 2.6 Fabricação de elementos preformados (MELO, 2008) 13 Figura 2.7 Armazenagem, transporte e montagem de elementos preformados (MELO, 2008) 13 Figura 2.8 Ligações de vigas preformadas com o pilar (MELO, 2008) 15 Figura 2.9 Ligações entre vigas preformadas, durante a montagem e após a desfôrma (MELO, 2008) 15 Figura 2.10 Estrutura preformada de um centro comunitário em Belém-PA (MELO, 2008) 16 Figura 2.11 Estrutura preformada de uma escola em Belém-PA (MELO, 2008) 16 Figura 2.12 Poço de visita em elementos preformados (MELO, 2008) 16 Figura 2.13 Arrimo em elementos preformados em Benevides PA (MELO, 2008) 17 Figura 2.14 Muro do parque ambiental de Belém em elementos preformados (MELO, 2008) 17 Figura 2.15 Viga em balanço com carregamento excêntrico (BASTOS, 2004) 18 Figura 2.16 Viga premoldada para apoio de estrutura de piso ou cobertura (BASTOS, 2004) 19 Figura 2.17 Viga contínua sob torção por efeito da laje em balanço (BASTOS, 2004) 19 Figura 2.18 Torção em viga devido ao engastamento da laje em balanço (BASTOS, 2004)20 Figura 2.19 Exemplos de torção de equilíbrio e de compatibilidade (FUSCO, 2008) 20 xiii

15 Figura 2.20 Trajetória das tensões principais numa seção circular (LEONHARDT & MÜNNIG, 1977) 21 Figura 2.21 Fissuração devido à torção (SALOM, 2004) 21 Figura 2.22 Tensões devidas à torção: a) tensões de cisalhamento b) tensões principais de tração e compressão c) trajetória helicoidal das fissuras (MACGREGOR, 1997) 22 Figura 2.23 Tensões de cisalhamento e tensões principais na seção circular (LEONHARDT et al., 1977) 22 Figura 2.24 Seções estudadas por MÖRSCH (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 23 Figura 2.25 Modelo resistente para torção simples em viga de concreto fissurada 25 (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 25 Figura 2.26 Treliça espacial de MÖRSCH (OLIVEIRA, 2005) 25 Figura 2.27 Trajetória das fissuras na viga vazada de seção retangular (BASTOS, 2004) _ 27 Figura 2.28 Modelo para vigas com altos momentos fletores (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 27 Figura 2.29 Modelo para vigas com altas forças cortantes (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 27 Figura 2.30 Empenamento da viga originando tensões adicionais de flexão 28 (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 28 Figura 2.31 Possível ruptura do canto devido à mudança de das diagonais comprimidas (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 29 Figura Esquema estático das vigas ensaiadas (TEIXEIRA et al., 2007) 30 Figura Modelo estático da viga em balanço VB (TEIXEIRA et al., 2007) 30 Figura Modelo estático da viga bi-engastada VA (TEIXEIRA et al., 2007) 31 Figura Fluxograma das séries de vigas ensaiadas (SILVA FILHO, 2004) 32 Figura Detalhe das armaduras longitudinal e transversal das vigas ensaiadas (SILVA FILHO, 2004) 33 Figura Vigas de concreto armado com reforço transversal (SILVA FILHO, 2004) 33 xiv

16 Figura Vigas de concreto armado com reforço transversal e longitudinal (SILVA FILHO, 2004) 34 Figura Posição dos EERs na armadura transversal e longitudinal das vigas (SILVA FILHO, 2004) 34 Figura Instrumentação no concreto e no CFC das vigas das séries VT e VTL (SILVA FILHO, 2004) 35 Figura Detalhe dos EER colados no concreto e no CFC (SILVA FILHO, 2004) 35 Figura Detalhe esquemático do sistema de ensaio (SILVA FILHO, 2004) 36 Figura Sistema de ensaio montado (SILVA FILHO, 2004) 36 Figura Sistema de apoio (SILVA FILHO, 2004) 37 Figura 2.45 Viga premoldada em formato de U (Melo apud PRIOR et al., 2008) 38 Figura 2.46 Dimensões dos conjuntos de vigas (LAGO et al., 2007) 39 Figura 2.47 Detalhe das armaduras das vigas (LAGO et al., 2007) 40 Figura 2.48 Sistema de ensaio utilizado por LAGO et al. (2007) 41 Figura 2.49 Detalhe da instrumentação das vigas (LAGO et al., 2007) 41 Figura 2.50 Vigas ensaiadas com detalhes das fissuras 43 Figura 2.51 Ângulos de torção estimados utilizando os deslocamentos horizontais (LAGO et al., 2007) 44 Figura 2.52 Arranjo das vigas ensaiadas por TEIXEIRA et al. (2007) 45 Figura 2.53 Viga de referência VC10 com espaçamento de estribo no trecho b de 100 mm (TEIXEIRA et al., 2007) 46 Figura 2.54 Viga preformada VA-C10 com espaçamento de estribo no trecho b de 100 mm (TEIXEIRA et al., 2007) 46 Figura 2.55 Viga preformada VA-C15 com espaçamento de estribo no trecho b de 150 mm (TEIXEIRA et al., 2007) 46 Figura 2.56 Viga preformada VA-C20 com espaçamento de estribo no trecho b de 200 mm (TEIXEIRA et al., 2007) 46 Figura 2.57 Viga preformada VA-C25 com espaçamento de estribo no trecho b de 250 mm (TEIXEIRA et al., 2007) 47 xv

17 Figura 2.58 Detalhe esquemático do posicionamento dos deflectômetros (TEIXEIRA et al., 2007) 47 Figura 2.59 Registro fotográfico do posicionamento dos deflectômetros durante os ensaios (TEIXEIRA et al., 2007) 47 Figura 2.60 Deslocamentos verticais e horizontais (TEIXEIRA et al., 2007) 48 Figura 2.61 Detalhes dos modos de ruptura e aspecto das fissuras das vigas (TEIXEIRA et al., 2007) 50 Figura 2.62 Seções transversais das vigas maciças e preformadas (MELO, 2008) 51 Figura Posicionamento dos apoios e das cargas (MELO, 2008) 52 Figura Sistema de ensaio a aplicação da carga (MELO, 2008) 53 Figura Detalhe dos equipamentos utilizados nos ensaios (MELO, 2008) 53 Figura Armaduras dos elementos preformados (SOUZA et al., 2006) 55 Figura Etapas de concretagem dos elementos preformados (SOUZA et al., 2006) 56 Figura Armadura de ligação e as fases de concretagem (SOUZA et al., 2006) 56 Figura Preparação e primeira concretagem das vigas preformadas (SOUZA et al., 2006) 57 Figura Concreto da segunda fase e da viga de referência (SOUZA et al., 2006) 57 Figura Detalhe do sistema de ensaio (SOUZA et al., 2006) 58 Figura Sistema de ensaio (SOUZA et al., 2006) 58 Figura Vigas preformadas após os ensaios (SOUZA et al., 2006) 59 Figura 2.74 Distribuição das tensões em seções retangulares (NBR 6118 (ABNT, 2003)) 61 Figura 2.75 Taxa de armadura e diagrama de deformações para seções submetidas à flexão (Oliveira, 2005) 63 Figura 2.76 Parâmetros da seção retangular (Teixeira et al., 2007) 66 Figura 2.77 Esforços solicitantes normais e de cisalhamento na seção transversal de uma viga 73 Figura 3.1 Detalhe esquemático dos conjuntos 76 xvi

18 Figura 3.2 Detalhe esquemático da seção transversal das vigas preformadas e maciças dos conjuntos 76 Fig. 3.3 Detalhe esquemático longitudinal das 8 vigas em balanço VB 77 Fig. 3.4 Detalhe esquemático longitudinal da viga bi-engastada VMREF e VPFREF 77 Fig. 3.5 Detalhe esquemático da ligação viga-viga do conjunto VMREF e VPFREF 77 Fig. 3.6 Detalhe esquemático longitudinal do conjunto VMAP1 e VPFAP1 78 Fig. 3.7 Detalhe esquemático da ligação viga-viga do conjunto VMAP1 e VPFAP1 78 Fig. 3.8 Detalhe esquemático longitudinal do conjunto VMAP2 e VPFAP2 78 Fig. 3.9 Detalhe esquemático da ligação viga-viga do conjunto VMAP2 e VPFAP2 79 Fig Detalhe esquemático longitudinal do conjunto VMAP3 e VPFAP3 79 Fig Detalhe esquemático da ligação viga-viga do conjunto VMAP3 e VPFAP3 79 Figura 3.12 Detalhe esquemático dos deflectômetros 80 Figura 3.13 Posicionamento dos deflectômetros nas vigas 80 Figura 3.14 Posicionamento dos extensômetros no concreto 81 Figura 3.20 Registro fotográfico das vigas VPFREF e VPFAP1 84 Figura 3.21 Registro fotográfico da viga VPFAP2 84 Figura 3.22 Registro fotográfico da viga VPFAP3 84 Figura 3.23 Posicionamento do extensômetro na armadura de cisalhamento da viga VB _ 85 Figura 3.24 Posicionamento dos extensômetros nas armaduras das vigas VMREF e VPFREF 85 Figura 3.25 Posicionamento dos extensômetros na ligação viga-viga de borda nas armaduras das vigas VMREF e VPFREF 85 Figura 3.26 Posicionamento dos extensômetros nas armaduras das vigas VMAP1 e VPFAP1 86 Figura 3.27 Posicionamento dos extensômetros na ligação viga-viga de borda nas armaduras das vigas VMAP1 e VPFAP1 86 Figura 3.28 Posicionamento dos extensômetros nas armaduras das vigas VMAP2 e VPFAP2 86 xvii

19 Figura 3.29 Posicionamento dos extensômetros na ligação viga-viga de borda nas armaduras das vigas VMAP2 e VPFAP2 87 Figura 3.30 Posicionamento dos extensômetros nas armaduras das vigas VMAP3 e VPFAP3 87 Figura 3.31 Posicionamento dos extensômetros na ligação viga-viga de borda nas armaduras das vigas VMAP3 e VPFAP3 87 Figura 3.32 Detalhe esquemático do sistema de ensaio das vigas 89 Figura 3.33 Sistema de ensaio das vigas e equipamentos utilizados 89 Figura 3.34 Ensaio de compressão axial de corpos-de-prova 91 Figura 3.35 Ensaio de compressão diametral de corpos-de-prova 92 Figura 3.36 Ensaio de tração simples do aço 93 Figura Fôrmas utilizadas para confecção das vigas maciças e preformadas 94 Figura 3.38 Detalhe do metacaulim sendo lançado no concreto e concretagem das vigas maciças 94 Figura 3.39 Plataforma das vigas preformadas 95 Figura 3.40 Concretagem da primeira etapa (primeira lateral) 95 Figura 3.41 Concretagem da segunda etapa (segunda lateral) 95 Figura 3.42 Concretagem da terceira etapa (camada de fundo) 96 Figura Ligação das preformas dos conjuntos (quarta etapa) 96 Figura Ligação viga-viga dos conjuntos 96 Figura 3.45 Concretagem do núcleo dos conjuntos preformados (quinta etapa) 97 Figura 3.46 Aspecto final da produção das vigas preformadas 97 Figura 4.1 Ensaio de módulo de elasticidade do concreto com o sistema de aquisição de dados ALMEMO 100 Figura 4.2 Diagrama tensão x deformação para a bitola de 5 mm 101 Figura 4.3 Diagrama tensão x deformação para a bitola de 12,5 mm 101 Figura 4.4 Deslocamentos observados no deflectômetro D1 nos conjuntos maciços 102 Figura 4.5 Deslocamentos observados no deflectômetro D1 nos conjuntos preformados _ 102 xviii

20 Figura 4.6 Deslocamentos observados no deflectômetro D2 nos conjuntos maciços 103 Figura 4.7 Deslocamentos observados no deflectômetro D2 nos conjuntos preformados _ 103 Figura 4.8 Deslocamentos observados no deflectômetro D3 nos conjuntos maciços 104 Figura 4.9 Deslocamentos observados no deflectômetro D3 nos conjuntos preformados _ 104 Figura 4.10 Deslocamentos observados no deflectômetro D4 nos conjuntos maciços 105 Figura 4.11 Deslocamentos observados no deflectômetro D4 nos conjuntos preformados 105 Figura 4.12 Deslocamentos observados no deflectômetro D5 nos conjuntos maciços 106 Figura 4.13 Deslocamentos observados no deflectômetro D5 nos conjuntos preformados 106 Figura 4.14 Deformações do concreto na superfície inferior dos conjuntos ensaiados 107 Figura 4.15 Deformações do concreto na superfície superior dos conjuntos ensaiados 107 Figura 4.16 Deformações da armadura de flexão das vigas bi-engastadas dos conjuntos ensaiados 108 Figura 4.17 Deformações da armadura de flexão das vigas em balanço dos conjuntos ensaiados 108 Figura 4.18 Média das deformações da armadura de cisalhamento das vigas bi-engastadas dos conjuntos maciços 109 Figura 4.19 Média das deformações da armadura de cisalhamento das vigas bi-engastadas dos conjuntos preformados 109 Figura 4.20 Deformações da armadura de cisalhamento das vigas em balanço 110 Figura 4.21 Deformações dos ganchos de ancoragem da ligação viga-viga dos conjuntos 110 Figura 4.22 Deformações das armaduras adicionais de ancoragem dos conjuntos VMAP1 e VPFAP1 111 Figura 4.23 Deformações das armaduras de pele dos conjuntos VMAP2 e VPFAP2 111 Figura 4.24 Deformações das armaduras de pele dos conjuntos VMAP3 e VPFAP3 111 Figura 4.25 Ângulo de torção em uma viga devido ao torque solicitante 112 Figura 4.26 Ângulos de torção observados no deflectômetro D1 nos conjuntos maciços _ 112 Figura 4.27 Ângulos de torção observados no deflectômetro D1 nos conjuntos preformados 113 xix

21 Figura 4.28 Ângulos de torção observados no deflectômetro D2 nos conjuntos maciços _ 113 Figura 4.29 Ângulos de torção observados no deflectômetro D2 nos conjuntos preformados 113 Figura 4.30 Ângulos de torção observados no deflectômetro D3 nos conjuntos maciços _ 114 Figura 4.31 Ângulos de torção observados no deflectômetro D3 nos conjuntos preformados 114 Figura 4.32 Ângulos de torção observados no deflectômetro D4 nos conjuntos maciços _ 114 Figura 4.33 Ângulos de torção observados no deflectômetro D4 nos conjuntos preformados 115 Figura 4.34 Padrão de fissuração da VMREF 116 Figura 4.35 Padrão de fissuração da VMAP1 116 Figura 4.36 Padrão de fissuração da VMAP2 116 Figura 4.37 Padrão de fissuração da VMAP3 117 Figura 4.38 Padrão de fissuração da VPFREF 117 Figura 4.39 Padrão de fissuração da VPFAP1 117 Figura 4.40 Padrão de fissuração da VPFAP2 118 Figura 4.41 Padrão de fissuração da VPFAP3 118 Figura 4.42 Camadas de concreto do conjunto VPFREF após a ruptura 122 Figura 4.43 Camadas de concreto do conjunto VPFAP1 após a ruptura 122 Figura 4.44 Camadas de concreto do conjunto VPFAP2 após a ruptura 122 Figura 4.45 Camadas de concreto do conjunto VPFAP3 após a ruptura 123 Figura 4.46 Estimativas normativas e cargas experimentais de ruptura por torção dos conjuntos 126 xx

22 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Tipos de concreto premoldado (EL DEBS, 2000)... 8 Tabela Resultados experimentais (SILVA FILHO, 2004) Tabela Valores dos momentos torçores últimos (SILVA FILHO, 2004) Tabela 2.4 Características das vigas ensaiadas por LAGO et al. (2007) Tabela 2.5 Comparação dos resultados estimados com os observados por LAGO et al. (2007) Tabela 2.6 Cargas de ruptura observadas e estimadas (TEIXEIRA et al., 2007) Tabela 2.7 Características das vigas (MELO, 2008) Tabela 2.8 Cargas e modos de ruptura e ruína observados (MELO, 2008) Tabela 2.9 Principais características das vigas ensaiadas (SOUZA et al., 2006) Tabela 2.10 Cargas de ruptura estimadas e experimentais (SOUZA et al., 2006) Tabela 3.1 Características das vigas Tabela 4.1 Resultados dos ensaios de resistência à compressão e à tração Tabela 4.2 Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade Tabela 4.3 Resultados dos ensaios do aço Tabela 4.4 Cargas últimas dos conjuntos ensaiados Tabela 4.5 Cargas de ruptura e resistência estimadas pela ACI Tabela 4.6 Cargas de ruptura e resistência estimadas pelo CEB-FIP MC Tabela 4.7 Cargas de ruptura e resistência estimadas pela NBR 6118 (ABNT, 2003) Tabela A.1.1 Leitura para os deflectômetros na viga VMREF Tabela A.1.2 Leitura para os deflectômetros na viga VMAP Tabela A.1.3 Leitura para os deflectômetros na viga VMAP Tabela A.1.4 Leitura para os deflectômetros na viga VMAP Tabela A.1.5 Leitura para os deflectômetros na viga VPFREF Tabela A.1.6 Leitura para os deflectômetros na viga VPFAP Tabela A.1.7 Leitura para os deflectômetros na viga VPFAP xxi

23 Tabela A.1.8 Leitura para os deflectômetros na viga VPFAP Tabela A.2.1 Leitura dos extensômetros da superfície inferior dos conjuntos ensaiados Tabela A.2.2 Leitura dos extensômetros da superfície superior dos conjuntos ensaiados Tabela A.3.1 Leitura dos extensômetros da armadura de flexão da viga bi-engastada Tabela A.3.2 Leitura dos extensômetros da armadura de flexão da viga em balanço Tabela A.3.3 Leitura dos extensômetros dos ganchos de ancoragem da ligação viga-viga 144 Tabela A.4.1 Leitura dos extensômetros da armadura de cisalhamento esquerda da viga biengastada Tabela A.4.2 Leitura dos extensômetros da armadura de cisalhamento direita da viga biengastada Tabela A.4.3 Leitura dos extensômetros da armadura de cisalhamento da viga em balanço Tabela A.4.4 Média das leituras dos extensômetros das armaduras de cisalhamento esquerda e direita das vigas bi-engastadas Tabela A.5.1 Leituras das armaduras de ancoragem das vigas VMAP1 e VPFAP Tabela A.5.2 Leituras das armaduras de pele das vigas VMAP2 e VPFAP Tabela A.5.3 Leituras das armaduras de pele das vigas VMAP3 e VPFAP Tabela A.6.1 Ângulos de torção analisados a partir do deflectômetro D Tabela A.6.2 Ângulos de torção analisados a partir do deflectômetro D Tabela A.6.3 Ângulos de torção analisados a partir do deflectômetro D Tabela A.6.4 Ângulos de torção analisados a partir do deflectômetro D xxii

24 1 INTRODUÇÃO 1.1 Considerações Gerais A indústria da construção civil é um dos setores que mais contribui para a degradação do meio ambiente, sendo que nos últimos anos diversas organizações ambientalistas intensificaram os esforços no combate a esta degradação. Tal fato justifica-se devido a construção civil consumir de forma pouco otimizada recursos naturais não renováveis e apresentar baixa produtividade, controle de qualidade insatisfatório e, sobretudo, grande desperdício de materiais, sendo considerada atrasada comparando-se com outros ramos industriais. Dentre as várias ações tomadas para melhorar a produtividade da construção civil, tem sido difundido em todo o país o uso de premoldados ou prefabricados, entretanto, como estes elementos são normalmente fabricados em locais distantes do canteiro de obra e moldados com seção completa, são necessários equipamentos especiais para o transporte e montagem das peças, além de mão-de-obra especializada e qualificada, o que em determinados casos encarece e inviabiliza a sua utilização. Com a finalidade de reduzir os custos com transporte e montagem, desenvolveu-se recentemente na cidade de Belém-PA um sistema inovador derivado do sistema premoldado. Denominado de sistema de elementos preformados, este consiste no emprego de placas delgadas moldadas em concreto armado com as dimensões do elemento estrutural (vigas, pilares, etc.), que são transportadas para serem finalizadas no canteiro de obra com o preenchimento do núcleo do elemento, sendo utilizados como fôrmas permanentes na estrutura. MELO (2006) afirma que este sistema gera, além das vantagens conhecidas do sistema premoldado (uso racional dos materiais, economia das fôrmas de madeira e de mãode-obra, maior qualidade na execução devido ao melhor nivelamento, prumo e acabamento das peças, maior velocidade de execução, etc.) grande economia das etapas de transporte e montagem dos elementos, devido ao seu menor peso próprio, pois recebem o núcleo de concreto somente após a montagem no canteiro de obra. A figura 1.1 mostra uma comparação do sistema construtivo convencional e o sistema construtivo preformado em relação à redução no consumo de madeira de fôrmas e escoras. 1

25 Figura 1.1 Comparação entre os sistemas estruturais convencional e preformado (MELO, 2006) Quando as placas delgadas de concreto premoldado saem da fábrica, parte das armaduras de flexão e das armaduras de cisalhamento estão inseridas nas placas, apresentando função estrutural, podendo ser considerada no dimensionamento da estrutura. O restante das armaduras é posicionado após a montagem das placas no canteiro de obra e isto proporciona aos elementos preformados grande vantagem em relação aos elementos premoldados de seção cheia, pois permite a ligação de forma simples e eficiente entre os elementos permitindo, por exemplo, o dimensionamento de vigas contínuas, fato que melhora o comportamento estrutural e gera economia de materiais. 1.2 Justificativa A difusão e a utilização do sistema estrutural preformado requer estudos buscando o aperfeiçoamento do mesmo em relação à otimização das estruturas de concreto armado, bem como à ancoragem na ligação viga-viga, uma vez que em pesquisas anteriores verificou-se que a ruptura precoce é observada na ligação entre estes elementos. Devido ao fato das placas premoldadas possuem uma dupla função, pois servem como molde ao mesmo tempo em que são parte integrante e resistente do elemento, e também contribuem na capacidade resistente do elemento ao ser solicitado, optou-se por submetê-las a ensaios de torção, sendo que nesta condição apenas uma camada periférica participa do mecanismo resistente, sendo o núcleo pouco solicitado e, assim, as preformas serão mais solicitadas. Segundo TEIXEIRA et al. (2007), este raciocínio governa os métodos de dimensionamento de vigas de concreto armado, recomendados pelas normas nacionais e internacionais, levando em consideração que a espessura das placas tenha influência potencializada no combate às 2

26 tensões tangenciais atuantes, apesar de haver uma descontinuidade das placas na região superior da viga. Portanto, faz-se necessário o estudo do comportamento de vigas de concreto armado preformadas com a contribuição da armadura de pele a fim de verificar sua resistência na ligação viga-viga, devido à fragilidade neste tipo de análise é ainda na ligação entre estes elementos estruturais. Tal fato se observou no trabalho de TEIXEIRA et al. (2007), ao analisar esta ligação, onde o autor ressalta que ocorreu a ruptura precoce na região de ligação por falha nas ancoragens. Neste trabalho foi analisada a contribuição de três configurações diferentes de armadura de pele na viga bi-engastada, sendo uma camada formada por apenas uma barra longitudinal, uma camada formada por duas barras longitudinais e duas camadas formadas por quatro barras longitudinais, com a finalidade de identificar a disposição das armaduras de pele a fim de obter melhor desempenho no combate aos esforços de torção na viga bi-engastada dos conjuntos, também motivou esta pesquisa. 1.3 Objetivos Dentre os principais objetivos pode-se destacar: Contribuir para o estudo experimental do comportamento de vigas preformadas de concreto armado solicitadas ao cisalhamento proveniente do esforço de torção oferecido pelas armaduras de cisalhamento e da ancoragem da ligação viga-viga de borda. Verificar e quantificar experimentalmente a resistência ao esforço de torção em ligações de vigas e o desempenho da ancoragem da ligação entre os elementos e da armadura de pele no combate às tensões de cisalhamento. Discutir os resultados obtidos nos experimentos realizados e compará-los com os resultados estimados através das recomendações da ACI 318:2008 (American Concrete Institute, 2008), CEB-FIP Model Code MC 1990 (Comitê Euro- Internacional du Beton, 1993), e NBR 6118:2003 (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2003) e com os resultados obtidos em outras pesquisas. 3

27 1.4 Estrutura do Trabalho Esta dissertação está dividida em cinco capítulos, apresentando-se a seguir o conteúdo especificado de cada um deles. O segundo capítulo consiste em uma revisão bibliográfica sobre o dimensionamento de vigas de concreto armado à torção, flexão e cisalhamento de modo a obter informações disponíveis nas recomendações normativas para estimativa da carga de ruptura para os esforços atuantes nas vigas, abordando também um breve histórico sobre o sistema preformado, procedimentos de cálculo para a estimativa da carga resistente das vigas ao esforço de cisalhamento, torção e ancoragem das vigas, a partir de diversas fontes literárias nacionais e internacionais. Serão também apresentadas algumas pesquisas realizadas relacionadas à análise experimental de vigas submetidas a ensaios de torção. O terceiro capítulo apresenta o programa experimental utilizado durante o projeto de pesquisa, que consiste no sistema de ensaio de oito conjuntos (sendo quatro convencionais e quatro preformados) de vigas, além de mostrar os equipamentos utilizados nos ensaios, dispositivos de aplicação das cargas e a instrumentação dos materiais monitorados. O quarto capítulo mostra os resultados experimentais comparando os valores das cargas de ruptura com as estimativas obtidas através de normas técnicas. Também são apresentados os resultados dos ensaios para caracterização do aço e do concreto utilizado na confecção dos espécimes. No quinto capítulo são apresentadas as conclusões desta pesquisa assim como sugestões para trabalhos futuros. Por último são apresentadas as referências bibliográficas utilizadas no trabalho e em anexo são apresentadas as tabelas com os valores verificados nos ensaios dos deslocamentos das vigas e das deformações do aço e do concreto. 4

28 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo serão apresentados alguns trabalhos realizados sobre elementos estruturais premoldados, comparando-se posteriormente com alguns trabalhos realizados sobre elementos estruturais preformados, que serão úteis nesta pesquisa. Também são apresentadas as prescrições normativas adotadas para o dimensionamento à torção, flexão e ao cisalhamento assim como um estudo sobre ancoragem de vigas, sendo enfatizadas 3 (três) normas, sendo 2 internacionais; o ACI 318, American Bulding Code Requeriments for Estructural Concrete (ACI318:2008), e o CEB-FIP Model Code 1990 (CEB_FIP, 1993), e 1(uma) nacional, a NBR6118:2003, Projeto de Estruturas de Concreto (ABNT, 2003). 2.1 ELEMENTOS PREMOLDADOS E PREFABRICADOS De acordo com MELO (apud ORDÓÑEZ, 2000), a partir de 1990 iniciou-se um processo de modernização na construção civil brasileira, com a necessidade de incorporar ao processo construtivo um caráter mais industrial, com maior previsibilidade de custos, prazo e controle de qualidade. A premoldagem pode ser caracterizada como um processo de construção em que a obra, ou parte dela, é moldada fora do seu local definitivo (MELO, 2008). Frequentemente, a premoldagem é relacionada a outros dois termos: a prefabricação e a industrialização da construção, no entanto, de acordo com ORDÓÑEZ (apud EL DEBS, 2000) a industrialização da construção pode ser entendida como o emprego racional e mecanizado de materiais, transportes e técnicas construtivas para se conseguir uma maior produtividade (maior produção em um menor espaço de tempo). Segundo TEIXEIRA et al. (2007), a prefabricação e a premoldagem são conceitos distintos, ainda que relacionados entre si. De uma forma geral, pode-se dizer que a pré-moldagem aplicada à produção em grande escala resulta na prefabricação, que por sua vez, é uma forma de buscar a industrialização da construção. A NBR 9062 (ABNT, 1985) faz distinção entre elemento premoldado e o elemento prefabricado, diferente da apresentada pelos autores citados, sendo que a diferença é feita com base no controle de qualidade da execução do elemento. Conforme esta norma, o elemento prefabricado é aquele executado industrialmente, mesmo em instalações temporárias em canteiro de obra, sob condições de controle rigoroso de qualidade. Já o elemento premoldado 5

29 segundo a mesma norma é aquele executado fora do local de utilização definitiva da estrutura, com controle de qualidade menos rigoroso que o do elemento prefabricado. Em relação a este trabalho, a partir das afirmações citadas, o sistema preformado é classificado como um sistema de premoldados. 2.2 Vantagens e Desvantagens do Sistema Premoldado As características que favorecem a utilização da premoldagem segundo EL DEBS (2000) são aquelas relacionadas à execução da parte da estrutura fora do local de utilização definitiva, como conseqüência das facilidades de produção dos elementos e da eliminação dos cimbramentos. As vantagens do concreto premoldado, além da redução significativa do cimbramento, seriam facilidades de execução da fôrma, da armação e da moldagem no nível do solo. No caso de produção em escalas maiores (em fábricas), as vantagens no que se refere às facilidades de execução são mais significativas. De acordo com EL DEBS (2000) essas vantagens seriam a reutilização de fôrmas, emprego com armadura pré-tracionada (sistema de protensão), emprego de seções com maior aproveitamento de materiais, maior produtividade da mão-de-obra e maior controle de qualidade. As características que desfavorecem a processo da premoldagem, segundo TEIXEIRA (apud EL DEBS, 2000), são aquelas decorrentes da colocação dos elementos nos locais definitivos de utilização e da necessidade de prover a ligação (podendo ocorrer problemas de ancoragem) entre os vários elementos que compõem a estrutura. EL DEBS (2000) explica que as desvantagens decorrentes da colocação nos locais definitivos de utilização estariam relacionados aos custos e as limitações de transporte (lugares de difícil acesso), e da montagem dos elementos (disponibilidade e condições de acesso dos equipamentos). Um dos fatores que tem limitado a utilização de estruturas pré-moldadas a grandes empreendimentos, segundo MELO (2008) e SILVA FILHO et al. (2006), é o elevado peso próprio dos elementos estruturais premoldados de seção completa, pois requer o uso de equipamentos especiais tanto para o transporte como para a montagem da estrutura, o que inviabiliza a padronização desta, o grande número de elementos, o elevado investimento em 6

30 equipamentos e principalmente o menor tempo de construção. As figuras 2.1 e 2.2 mostram exemplos de equipamentos e montagem de estruturas premoldadas de concreto armado. Figura 2.1 Equipamentos de montagem de premoldados (SILVA FILHO et al., 2006) Figura 2.2 Montagem e transporte de estruturas premoldadas (SILVA FILHO et al., 2006) Tipos de Elementos Estruturais Premoldados Os elementos premoldados podem ser classificados de diversas formas, de acordo com TEIXEIRA (apud EL DEBS, 2000), quanto à seção transversal, ao processo de execução e quanto a sua função estrutural. A tabela 2.1 mostra uma classificação no que se refere à concepção, em nível geral, do concreto premoldado. 7

31 Tabela 2.1 Tipos de concreto premoldado (EL DEBS, 2000) Tipos de concreto premoldado Quanto ao local de produção dos elementos Premoldado de fábrica Premoldado de canteiro Quanto à incorporação de material para ampliar a seção resistente no local de utilização Premoldado de seção completa Premoldado de seção parcial Quanto à categoria do peso dos elementos Premoldado pesado Premoldado leve Quanto ao papel desempenhado pela aparência Premoldado normal Premoldado arquitetônico EL DEBS, (2000) explica minuciosamente estes tipos de concreto premoldado. O Premoldado de Fábrica é aquele executado em instalações permanentes distantes da obra. A capacidade de produção de fábrica e a produtividade do processo, que dependem principalmente dos investimentos em fôrmas e equipamentos, podem ser pequenas ou grandes, com tendência maior no investimento dos equipamentos. Neste caso, é importante considerar a questão relevante do transporte da fábrica até a obra, tanto no que se refere ao custo dessa atividade como no que diz respeito à obediência aos gabaritos de transportes e às facilidades do mesmo. O Premoldado de Canteiro é executado em instalações temporárias nas proximidades da obra. Estas instalações de pré-moldagem podem ser menos sofisticadas, dependendo da produção e da produtividade de que se deseja. Este tipo de pré-moldado está propenso a apresentar baixa capacidade de produção e, consequentemente, menor ritmo de construção. Para este tipo de pré-moldado não se tem o transporte de longa distância e com isso as facilidades de transporte e a obediência a gabaritos de transporte não são condicionadas para o seu emprego, ao contrário do pré-moldado de fábrica. Além disso, esse tipo de elemento não está sujeito a impostos referentes à produção industrial e a circulação de mercadorias. O premoldado de seção parcial é aquele inicialmente moldado apenas com parte da seção resistente final, que é posteriormente completada na posição de utilização definitiva com concreto moldado no local. Segundo EL DEBS (2000), o elemento premoldado de seção parcial propicia maior facilidade na realização das ligações, além da concretagem no local oferecer maior monolitismo à estrutura. 8

32 O elemento premoldado pesado, de modo geral, pode-se afirmar que é aquele o qual se necessita de equipamentos especiais para o transporte e montagem enquanto o premoldado leve, é aquele que não necessita de equipamentos especiais par o seu transporte e montagem,...podendo-se improvisar os equipamentos ou até mesmo atingir situação em que a montagem possa ser manual. Um exemplo deste tipo de premoldado, são as vigotas premoldadas que podem ser transportadas de forma manual. Quanto ao papel desempenhado pela aparência, de acordo com EL DEBS (2000), os elementos premoldados podem ser classificados em normal ou arquitetônico. O premoldado normal é aquele em que não há preocupação com a aparência do elemento estrutural, já o premoldado arquitetônico refere-se a qualquer elemento de forma espacial ou padronizada... mediante acabamento, forma, cor ou textura contribui na forma arquitetônica... Esses elementos podem ou não ter finalidade estrutural Ligações entre Elementos Premoldados De acordo com TEIXEIRA (2007), as ligações entre os elementos premoldados se constituem em uma das maiores dificuldades para o seu emprego. Normalmente, ligações mais simples ou mal feitas acarretam estruturas mais pobres em relação a estabilidade, enquanto as ligações que proporcionam mais monolitismo à estrutura são, em geral, mais trabalhosas e caras. Entretanto, esse aspecto não deve ser considerado como restrição ao uso da técnica da prémoldagem, mas sim o preço que se paga a fim de ter estruturas mais fáceis de serem executadas. Afirma, ainda, que com o emprego da premoldagem, pode-se prever o desmonte da construção, sendo este aspecto muito importante, pois viria a reduzir ou até mesmo eliminar, uma das desvantagens das estruturas de concreto que é a dificuldade do desmonte e de reciclagem do material. As estruturas de concreto premoldado se caracterizam por apresentar facilidade na sua execução, contudo, a necessidade da realização de ligações entre os elementos premoldados constitui-se em um dos principais problemas a serem enfrentados no emprego de tal sistema. De acordo com EL DEBS (2000), as ligações são as partes mais importantes no projeto das estruturas de concreto premoldado, pois uma ligação mal feita pode ocasionar efeitos nocivos à estrutura. As ligações são de extrema importância tanto para a produção, execução de parte dos elementos às ligações, montagem da estrutura propriamente ditas, como para o 9

33 comportamento da estrutura montada, mostrando que não basta o cálculo estrutural, pois um erro na hora da execução pode ocasionar a ruína da estrutura. Segundo TEIXEIRA et al. (2007), as ligações mais simples acarretam em estruturas mais solicitadas aos momentos fletores, contudo estas que tendem a reproduzir o comportamento das estruturas de concreto moldado no local, por meio de transmissão de momentos fletores entre os elementos, requerem mais trabalho na sua execução, reduzindo em parte as vantagens do processo de execução dos elementos premoldados, mas não atingindo-as substancialmente. As dificuldades da execução são devidas as necessidades de se fazer a ligação tanto do concreto como do aço, pelo fato do concreto ser um material composto, de ter de acomodar as tolerâncias que intervém nas várias fases e, ainda pelo fato de o concreto ser um material frágil., conforme TEIXEIRA (2007) (apud EL DEBS, 2000). ORDÓÑEZ (2000) cita que existem inúmeras formas de classificação de ligações e várias denominações que, a seguir, são apresentadas. a) Quanto ao tipo de vinculação: Ligação Articulada Não transmite momento fletor; Ligação Rígida Transmite momento fletor; Ligação Semi-Rígida Transmite parcialmente o momento fletor. b) Quanto ao emprego de argamassa no local: Ligação Seca Ligação Úmida c) Quanto ao esforço principal transmitido: Ligação solicitada por compressão; Ligação solicitada por tração; Ligação solicitada por cisalhamento; Ligação solicitada por momento fletor; Ligação solicitada por momento torçor. 10

34 d) Quanto à colocação de material de amortecimento: Ligação dura Ligação com solda ou concreto moldado no local; Ligação macia Com a intercalação de material de amortecimento. Segundo EL DEBS (2000), nas ligações entre elementos premoldados pode-se recorrer a uma variedade de recursos que possam propiciar uma ligação de confiabilidade, sendo as principais apresentadas a seguir: a) Armadura saliente e concreto moldado no local: Este caso consiste em deixar parte das armaduras dos elementos salientes e após a montagem, executa-se a concretagem da ligação, como mostrado na figura 2.3. Este tipo de recurso tem como característica principal a necessidade de aguardar o endurecimento do concreto para a efetivação da ligação. Figura 2.3 Armadura saliente e concreto moldado no local (TEIXEIRA, apud EL DEBS, 2000) b) Conformação por encaixes, recortes e chaves: Em diversas situações recorrem-se à conformação das extremidades dos elementos, tendo em vista disfarçar a ligação (figura 2.4a.), impedir deslocamentos reativos (figura 2.4b.), proporcionar o engastamento à torção, a fase de montagem (figura 2.4c.) 11

35 Figura 2.4 Recortes, chaves e encaixes (TEIXEIRA, apud EL DEBS, 2000) 2.3 ELEMENTOS PREFORMADOS De acordo com MELO (2008), os elementos preformados de concreto armado estão inseridos no conjunto dos elementos premoldados de seção parcial, mas possuem uma particularidade: a seção premoldada tem a forma externa do elemento estrutural e serve de molde para o concreto lançado na obra. O sistema preformado surgiu com o objetivo principal de minimizar o custo com o transporte e montagem, principal desvantagem dos sistemas estruturais com elementos pré-moldados de seção completa. MELO (2008) em sua dissertação de mestrado mostra que este sistema consiste basicamente na moldagem de placas delgadas de concreto armado com as dimensões do elemento estrutural e espessura suficiente apenas para garantir o cobrimento da armadura incorporada à placa, como estribos e armadura de flexão, respeitando-se as recomendações da NBR 9062 (ABNT, 2001). Estes moldes são então transportados e montados no canteiro, onde recebem o concreto para completar sua seção resistente, caracterizando-se como um sistema prémoldado de seção parcial. As figuras 2.5, 2.6 e 2.7 mostram o esquema de fabricação, detalhes da produção e armazenagem, transporte e montagem, respectivamente, de uma estrutura com elementos preformados, fabricados pela empresa Saenge Ltda., sediada em Belém. 12

36 Figura 2.5 Esquema de fabricação de elementos preformados (MELO, 2008) Figura 2.6 Fabricação de elementos preformados (MELO, 2008) Figura 2.7 Armazenagem, transporte e montagem de elementos preformados (MELO, 2008) 13

37 MELO (2008) afirma ainda que uma das vantagens do concreto preformado em relação ao concreto premoldado de seção completa é a redução do seu peso próprio das peças estruturais. Para que se possa avaliar o nível de redução do peso próprio dos elementos preformados em comparação aos premoldados de seção completa, pode-se considerar uma seção de concreto de 150 mm x 600 mm, muito comum para vigas de edifícios. Se executada com seção completa, esta viga apresentaria um peso de 2250 N/m. Já com o sistema preformado, a placa de fôrma desta viga teria uma espessura lateral de 35 mm e o fundo ficaria com 50 mm, o que resultaria num peso de 1100 N/m, o que significa uma redução de aproximadamente 50 % no peso próprio do elemento, durante a montagem. Outra vantagem mencionada sobre os elementos preformados é a possibilidade de se obter ligações monolíticas, pois permite colocar, durante a montagem da estrutura, armadura longitudinal, tanto na parte superior como na parte inferior das vigas, nas ligações entre vigas ou ligações entre viga e pilar. Assim, a armadura de ligação é envolvida pelo concreto moldado no local para, conjuntamente com a seção final de concreto, resistir a esforços atuantes na seção. Ainda como vantagem, o sistema preformado pode ser fabricado manualmente, sem a necessidade de equipamentos sofisticados que além de apresentarem custo elevado, substituem grande número de trabalhadores. MELO (2008) enfatiza também que os elementos estruturais preformados possuem algumas desvantagens em relação aos elementos premoldados de seção completa. Por serem compostos de concretos com idades diferentes, os mesmos podem apresentar propriedades mecânicas diferentes, além da possível redução da resistência devido à transferência incompleta dos esforços através da interface entre os concretos. Neste trabalho será tratada a ligação entre o concreto premoldado com o concreto moldado no local, bem como as suas interações sob a ação de esforços atuantes. As figuras 2.8 e 2.9 mostram detalhes de ligações entre elementos preformados, enquanto as figuras 2.10 e 2.11 mostram estruturas executadas com elementos preformados. As obras mostradas nas figuras 2.8 a 2.14 foram realizadas pela empresa Saenge Ltda., e sendo divulgadas com autorização da empresa e por MELO (2008). 14

38 Figura 2.8 Ligações de vigas preformadas com o pilar (MELO, 2008) Figura 2.9 Ligações entre vigas preformadas, durante a montagem e após a desfôrma (MELO, 2008) 15

39 Figura 2.10 Estrutura preformada de um centro comunitário em Belém-PA (MELO, 2008) Figura 2.11 Estrutura preformada de uma escola em Belém-PA (MELO, 2008) Figura 2.12 Poço de visita em elementos preformados (MELO, 2008) 16

40 Figura 2.13 Arrimo em elementos preformados em Benevides PA (MELO, 2008) Figura 2.14 Muro do parque ambiental de Belém em elementos preformados (MELO, 2008) 2.4 TORÇÃO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO Para este tipo de elemento, o princípio norteador dos métodos de dimensionamento à torção é a concepção de uma viga maciça de concreto armado como uma de seção vazada com paredes de pequena espessura. De acordo com LEONHARDT et al., (1977), quando o concreto encontra-se em estado fissurado na zona de tração apenas uma camada periférica é efetiva na torção, podendo-se assim esperar que uma peça de concreto armado de seção retangular atue como seções vazadas com paredes pouco espessas. De acordo com LEONHARDT & MÖNNIG (1982), a torção simples, torção uniforme ou torção pura (não atuação simultânea de momentos e esforços cortantes) raramente ocorre na prática. Geralmente a torção ocorre combinada com momento fletor e força cortante, mesmo que esses esforços sejam causados apenas pelo peso próprio do elemento estrutural. De modo aproximado, os princípios de dimensionamento à torção são aplicados às vigas com atuação simultânea de momento fletor e força cortante. 17

41 Nas estruturas de concreto, a ligação monolítica entre vigas e lajes e entre vigas com vigas de apoio origina momentos de torção, que podem ser desprezados por não serem essenciais ao equilíbrio dos elementos. Entretanto, no caso da denominada torção de equilíbrio, a consideração dos momentos fletores é imprescindível para garantir o equilíbrio do elemento (BASTOS, 2004). PINHEIRO (2003) afirma que em decorrência de numerosos estudos experimentais iniciados desde o século passado, as vigas são dimensionadas simplificadamente à torção considerandose a seção vazada (oca) com parede fina, segundo as equações clássicas da Resistência dos Materiais formuladas por BREDT. Em semelhança ao dimensionamento das vigas ao esforço cortante, é feita também a analogia com uma treliça, sendo espacial e denominada de Analogia da Treliça Espacial Generalizada, com ângulo θ de inclinação das diagonais comprimidas variável, sendo o modelo atualmente mais aceito internacionalmente. O princípio desta analogia é a de que as tensões de compressão são absorvidas pelo concreto e as tensões de tração pelo aço, na forma de duas diferentes armaduras, uma longitudinal e outra transversal (estribos) CASOS COMUNS DE TORÇÃO Um caso comum de torção nas vigas ocorre quando existe uma distância entre a linha de ação de carga e o eixo longitudinal da viga, como mostrado nas figuras 2.15 e Na figura 2.15 a viga AB, estando obrigatoriamente engastada na extremidade B da viga BC, aplica nesta um momento de torção, considerado no equilíbrio da viga BC. Na viga mostrada na figura 2.16 a torção existirá se as cargas F 1 e F 2 forem diferentes. Tal situação pode ocorrer durante a fase de construção ou mesmo quando atuarem carregamentos permanentes e variáveis, se estes forem diferentes nas estruturas que se apóiam na viga premoldada. Figura 2.15 Viga em balanço com carregamento excêntrico (BASTOS, 2004) 18

42 Figura 2.16 Viga premoldada para apoio de estrutura de piso ou cobertura (BASTOS, 2004) O caso mais exemplar de torção ocorra em lajes em balanço, engastadas em vigas de apoio, como por exemplo, lajes (marquises) para proteção de porta de entrada de barracões, lojas, galpões, etc. sendo que o fato da laje em balanço não ter continuidade com outras lajes internas à construção faz com que a laje deva estar obrigatoriamente engastada na viga de apoio, de modo que a flexão na laje passa a ser torção na viga e a torção na viga torna-se flexão no pilar, devendo ser considerada no seu dimensionamento. A figura 2.17 mostra um exemplo de torção em vigas a partir da flexão da laje. Figura 2.17 Viga contínua sob torção por efeito da laje em balanço (BASTOS, 2004) TORÇÃO DE EQUILÍBRIO E DE COMPATIBILIDADE BASTOS (2004) explica que a torção nas estruturas pode ser dividida em duas categorias: torção de equilíbrio e torção de compatibilidade. Na torção de equilíbrio, o momento de torção deve ser obrigatoriamente considerado, pois ele é necessário para o equilíbrio da estrutura. Este tipo de torção ocorre comumente nos sistemas estruturais, como por exemplo, o mostrado na figura 2.18, com uma laje engastada na viga de borda. Ao tentar girar a laje 19

43 aplica um momento de torção (m T ) na viga, que tende a girar também, sendo impedida pela rigidez à flexão dos pilares. Surgem então momentos torçores solicitantes na viga e momentos fletores nos pilares. Quando a rigidez à torção da viga é pequena comparada à sua rigidez à flexão, a viga fissura e gira, permitindo o giro da laje também. Ocorre então uma compatibilização entre as deformações da viga e da laje, e como conseqüência os momentos torçores na viga diminuem bastante, podendo ser desprezados. A figura 2.19 mostra alguns exemplos destas situações em vigas de concreto armado. Figura 2.18 Torção em viga devido ao engastamento da laje em balanço (BASTOS, 2004) Figura 2.19 Exemplos de torção de equilíbrio e de compatibilidade (FUSCO, 2008) TORÇÃO SIMPLES (TORÇÃO DE SAINT-VENANT) Numa barra de seção circular, como indicada na figura 2.20 submetida a momento de torção, com empenamento permitido (torção livre), surgem tensões principais inclinadas de 45º e 135º com o eixo longitudinal da seção. As trajetórias das tensões principais desenvolvem-se segundo uma curvatura helicoidal, em torno da barra e a trajetória das tensões principais de 20

44 tração ocorre na direção da rotação e a compressão na direção contrária, ao longo de todo o perímetro da seção. A figura 2.21 mostra um aspecto patológico de esforço de torção em uma viga de concreto armado onde verifica-se as fissuras em forma helicoidal que se propaga ao longo do elemento com certa inclinação variável em cada face da viga. Considerando-se um estado de tensão segundo a direção dos eixos longitudinal e transversal da seção, o momento torçor provoca o surgimento de tensões de cisalhamento em planos perpendiculares ao eixo do elemento estrutural e em planos longitudinais, simultaneamente, como mostra as figuras 2.22 e Figura 2.20 Trajetória das tensões principais numa seção circular (LEONHARDT & MÜNNIG, 1977) Figura 2.21 Fissuração devido à torção (SALOM, 2004) Durante a torção, haverá rotação de uma extremidade da barra em relação à outra em torno do eixo longitudinal. Considerando a extremidade esquerda fixa, a da direita gira em um ângulo φ, provocando uma distorção longitudinal ao longo do elemento. A taxa de variação do ângulo de torção por unidade de comprimento do elemento estrutural é constante sendo denominado, por convenção e simplificação, de θ, ou seja, θ = φ L. Para estabelecer uma relação entre o torque aplicado e o ângulo de torção, a resultante das tensões de cisalhamento deve ser equivalente ao torque total. A equação 2.1 mostra o ângulo total de torção, verificando-se que 21

45 o ângulo de torção por unidade de comprimento é diretamente proporcional ao torque aplicado e inversamente proporcional ao produto G J, conhecido como módulo de rigidez à torção do eixo, sendo esta equação bastante utilizada para comprovar experimentalmente a teoria, podendo-se medir o ângulo de torção provocado por determinado torque e, determinar o valor do módulo de elasticidade transversal G. = (2.1) Figura 2.22 Tensões devidas à torção: a) tensões de cisalhamento b) tensões principais de tração e compressão c) trajetória helicoidal das fissuras (MACGREGOR, 1997) Figura 2.23 Tensões de cisalhamento e tensões principais na seção circular (LEONHARDT et al., 1977) Segundo BASTOS (2004), por questão de simplicidade, as vigas de concreto armado sob momento de torção são dimensionadas como se fossem ocas e de parede fina. Ao desprezar a parte correspondente à área interna da seção o erro cometido não é significativo e nem 22

46 antieconômico, porque a espessura da casca ou parede é determinada de forma que represente uma seção com grande percentual de resistência ao momento de torção, sendo que este procedimento resulta num acréscimo de segurança que não é excessivo, sendo, portanto, pouco antieconômico COMPORTAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO SOLICITADAS À TORÇÃO SIMPLES LEONHARDT & MÖNNIG (1982) descrevem os resultados de ensaios realizados por MÖRSCH entre 1904 e Foram estudados cilindros ocos à torção simples, sem armadura, com armadura longitudinal, com armadura transversal, com ambas as armaduras e com armadura em forma de hélice, como mostrado na figura Os ensaios confirmaram que nas seções de concreto armado as tensões principais de tração e de compressão são inclinadas a 45º e com traçado helicoidal. Após o surgimento das fissuras de torção que se desenvolvem em forma de hélice, apenas uma casca externa e com pequena espessura colabora na resistência da seção à torção, ficando evidenciadas em ensaios de seções ocas ou cheias com armaduras idênticas, que apresentaram as mesmas deformações e tensões nas armaduras. Figura 2.24 Seções estudadas por MÖRSCH (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) Os ensaios demonstraram que: na seção oca sem armadura as fissuras são inclinadas a 45º e em forma de hélice; com somente uma armadura, seja longitudinal ou transversal, o aumento de resistência é muito pequeno e desprezível; com duas armaduras a resistência aumentou e, 23

47 com armadura helicoidal, segundo a trajetória das tensões principais de tração, o aumento de resistência foi muito efetivo. Ainda, segundo BASTOS (2004), fissuras inclinadas podem se desenvolver quando a tensão principal de tração alcança a resistência do concreto à tração, levando uma viga não armada à ruptura. Se a viga for armada com barras longitudinais e estribos fechados transversais, a viga pode resistir a um aumento de carga após a fissuração inicial. De acordo com SILVA FILHO (apud SANCHEZ, 2007) as vigas de concreto armado solicitadas à torção apresentam três estágios distintos de comportamento em função da magnitude da solicitação. 1º Estágio Nível de solicitação baixo; Para um torçor de pequena magnitude a fissuração é praticamente inexistente; A seção transversal é considerada de forma integral; Os princípios utilizados para análise de peças de materiais isotrópicos, homogêneos e elástico lineares são aplicados. 2º Estágio Nível de Solicitação médio; Existe dificuldade em se determinar quando ocorre o início e o término deste estágio de solicitação; Mesmo com o aparecimento das primeiras fissuras, as teorias elásticas ainda podem ser utilizadas; O mecanismo interno resistente da viga é modificado de modo considerável. 3º Estágio Nível de solicitação alto; Há o desenvolvimento de fissuração ao longo da viga; Os modelos elásticos para análise do mecanismo interno resistente não podem ser aplicados, pois o comportamento da viga torna-se inelástico; É necessária a elaboração de modelos sofisticados baseados na Teoria da Plasticidade. De maneira geral, quando uma viga é solicitada à torção as fissuras ocorrem para baixos valores de solicitação, dificultando o estabelecimento do início e do término de cada estágio citado anteriormente (BASTOS, 2004). 24

48 2.4.5 ANALOGIA DA TRELIÇA ESPACIAL PARA TORÇÃO SIMPLES A teoria baseada na analogia da seção vazada (Teoria de Bredt) com uma treliça espacial, denominada de Treliça Generalizada foi inicialmente elaborada por RUSCH em 1929, estando em uso por diversas normas, até os dias de hoje. Devido às trajetórias das tensões principais uma seção fissurada apresenta a configuração mostrada na figura 2.25 que mostra o modelo de uma seção cheia fissurada, sob torção simples, onde C d é a força de compressão nas bielas e R s,e e R sl correspondem as forças de tração na armadura transversal (estribos) e armadura longitudinal, respectivamente. A figura 2.26 ilustra o modelo da treliça para uma inclinação das bielas de compressão. Figura 2.25 Modelo resistente para torção simples em viga de concreto fissurada (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) Figura 2.26 Treliça espacial de MÖRSCH (OLIVEIRA, 2005) 25

49 2.4.6 COMBINAÇÃO DE TORÇÃO, FLEXÃO E CISALHAMENTO Neste trabalho não é analisado somente os esforços de torção de maneira exclusiva, mas combinada, ou seja, os esforços solicitantes interagindo ao mesmo tempo. TEIXEIRA et al., (2007) afirmam que boa parte dos estudos de torção é relativa à torção pura, isto é, aquela decorrente da aplicação exclusiva de um momento torçor em uma viga. Tal situação, entretanto, não é usual, visto que a grande maioria das vigas torcionadas também está submetidas a esforços cortantes e momentos fletores, o que dá origem a um estado de tensões mais complexo e mais difícil de ser analisado. TEIXEIRA et al., (2007) citam que experimentalmente vem-se demonstrado que, de maneira geral, a filosofia e os princípios básicos de dimensionamento propostos para a torção simples também são adequados, com certa aproximação para solicitações compostas. Devido a este fator que o procedimento adotado para o dimensionamento a solicitações compostas é a simples superposição dos resultados obtidos para cada um dos esforços solicitantes separadamente, o que se mostra a favor da segurança. Um exemplo a ser mencionado seria a armadura de tração prevista para torção que, estando na parte comprimida pela flexão, poderia ser reduzida se fosse considerado o alívio sofrido por sua resultante (de tração) nessa região. Ainda, como em uma das faces laterais da peça as diagonais solicitadas pela torção e pelo cisalhamento são opostas, poderia ser considerado o alívio na resultante de tração no estribo, e consequentemente, reduzir-se sua área. E para a verificação da tensão na biela comprimida desta face, não é suficiente observar o comportamento das resultantes relativas à torção e ao cisalhamento separadamente, então surge a necessidade de uma nova verificação que considere a interação dessas resultantes. A figura 2.27 mostra as trajetórias das fissuras numa viga de concreto armado de seção retangular, onde as fissuras apresentam-se com trajetórias inclinadas de aproximadamente 45º com o eixo longitudinal da viga. Quando o valor do momento fletor é elevado comparativamente ao momento de torção, a zona comprimida pelo momento fletor fica isenta de fissuras, como mostra a figura

50 Figura 2.27 Trajetória das fissuras na viga vazada de seção retangular (BASTOS, 2004) Figura 2.28 Modelo para vigas com altos momentos fletores (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) Segundo BASTOS (2004), no caso da força cortante elevada, uma face vertical deverá ficar isenta de fissuras, sendo aquela onde as tensões de cisalhamento da torção e do esforço cortante têm sentidos contrários. Nesses casos, as fissuras apresentam-se contínuas, em forma de hélice e em três das quatro faces da viga e em uma face, onde as tensões de compressão superam as de tração, não surgem fissuras, como mostrado na figura Figura 2.29 Modelo para vigas com altas forças cortantes (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 27

51 2.4.7 FORMAS DE RUPTURA POR TORÇÃO De acordo com BASTOS (2004) após a fissuração, a ruptura de uma viga sob torção pura pode ocorrer de alguns modos: escoamento dos estribos, da armadura longitudinal, ou escoamento de ambas as armaduras. No caso de vigas superarmadas à torção, o concreto comprimido compreeendido entre as fissuras inclinadas pode esmagar pelo efeito das tensões principais de compressão, antes do escoamento das armaduras. Outros modos de ruptura também podem ocorrer, estando descritos a seguir Ruptura por tração A ruptura brusca também pode ocorrer por efeito de torção, após o surgimento das primeiras fissuras. A ruptura brusca pode ser evitada pela colocação de uma armadura mínima, para resistir às tensões de tração por torção. Segundo LEONHARDT & MÖNNIG (1982) sendo as armaduras longitudinais e transversais diferentes, a menor armadura determinará o tipo de ruptura. Uma pequena diferença nas armaduras pode, no entanto, ser compensada por uma redistribuição de esforços. Ao contrário do esforço cortante, onde a inclinação do banzo comprimido pode diminuir a tração na alma da viga, na torção essa diminuição não pode ocorrer, dado que na analogia da treliça espacial generalizada não existe banzo comprimido Ruptura por compressão Com armaduras colocadas longitudinalmente e transversalmente pode surgir forte empenamento das faces laterais, ocasionando tensões adicionais ao longo das bielas comprimidas, podendo ocorrer o seu esmagamento, como mostra a figura Figura 2.30 Empenamento da viga originando tensões adicionais de flexão (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) 28

52 Ruptura dos cantos A mudança da direção das tensões de compressão nos cantos, como mostra na figura 2.31 origina uma força que pode levar ao rompimento dos cantos da viga. Os estribos e as barras longitudinais dos cantos contribuem para evitar essa forma de ruptura. Vigas com tensões de cisalhamento da torção muito elevadas devem ter o espaçamento dos estribos limitados a 10 cm para evitar essa forma de ruptura. Figura 2.31 Possível ruptura do canto devido à mudança de das diagonais comprimidas (LEONHARDT & MÖNNIG, 1982) Ruptura na ancoragem Esta forma de ruptura pode ocorrer por insuficiência da ancoragem do estribo, levando ao seu escorregamento, e pelo deslizamento das barras longitudinais. O cuidado na ancoragem das armaduras pode evitar essa forma de ruptura PROCEDIMENTOS TEÓRICOS DE CÁLCULO Neste tópico será mostrado o modelo estático concebido para os conjuntos de vigas desta pesquisa. A figura 2.32 mostra o modelo estático para os conjuntos a serem estudados. As figuras 2.33 e 2.34 mostram os diagramas de esforços cisalhantes, momentos fletores, e de momentos torçores das vigas em balanço (VB) e da viga bi-engastada (VA), respectivamente, ressaltando-se que nesse sistema a ligação entre os elementos VA e VB foi concebida tal que 29

53 fosse perfeitamente rígida havendo transmissão integral do momento. Por este motivo, na concepção estática de VB considera-se o engastamento desta em VA. Figura Esquema estático das vigas ensaiadas (TEIXEIRA et al., 2007) Figura Modelo estático da viga em balanço VB (TEIXEIRA et al., 2007) 30

54 Figura Modelo estático da viga bi-engastada VA (TEIXEIRA et al., 2007) A avaliação da capacidade resistente das vigas do experimento em questão realizada de acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2003), bem como os procedimentos de cálculo utilizados para a aquisição dos dados teóricos, como a avaliação das cargas de ruptura inerentes aos esforços de flexão, cisalhamento e torção serão mostrados no tópico referente às prescrições normativas. 2.5 TRABALHOS REALIZADOS SILVA FILHO (2004) SILVA FILHO (2004) em sua tese de doutorado apresenta um estudo teórico experimental analisando o comportamento até a ruptura, de vigas de concreto armado reforçadas externamente à torção com compósitos de fibra de carbono (CFC) ensaiando sete vigas de concreto armado com seção transversal de 200 mm x 400 mm e mm de comprimento, 31

55 com taxas iguais de armadura longitudinal e transversal e concreto com mesma resistência à compressão. As vigas testadas foram divididas em três séries como mostra a figura 2.35, sendo uma viga de referência sem reforço, três vigas com reforço transversal externo e três vigas com reforço transversal e longitudinal externo. Figura Fluxograma das séries de vigas ensaiadas (SILVA FILHO, 2004) A armadura longitudinal de todas as vigas foi composta por 6φ12,5mm, distribuídas ao longo do perímetro da seção transversal. Para a armadura transversal utilizou-se barras de aço de φ10,0mm, sendo à disposição da armadura na viga dividida em três trechos. Na região próxima aos apoios os trechos extremos tinham armadura mais densa, com espaçamento de 7,5 cm entre cada estribo. Tal procedimento adotado para se evitar a ruptura do concreto devido à introdução da solicitação de torção nessas regiões, o que ocasiona uma concentração de tensões. Na região central o espaçamento da armadura transversal foi de 15 cm. A figura 2.36 mostra um detalhe esquemático das vigas ensaiadas. 32

56 Figura Detalhe das armaduras longitudinal e transversal das vigas ensaiadas (SILVA FILHO, 2004) As vigas com reforços transversal tinham, além de armaduras longitudinais e transversais iguais à viga de referência, estribos de tecido de fibra de carbono com 15 cm de largura espaçados a 30 cm e aplicados a duas camadas, envolvendo totalmente a viga com um transpasse de 10 cm, para que houvesse uma ancoragem eficiente do CFC. As vigas com reforço transversal e longitudinal possuíam a mesma armadura transversal e longitudional da viga de referência e foram reforçadas por meio da aplicação de CFC com 15 cm de largura e espaçados a 30 cm. O reforço longitudinal foi aplicado nos quatro cantos da viga, sendo que cada faixa de CFC tinha 15 cm de largura e 315 cm de comprimento, cobrindo 5 cm das faces superior e inferior e 10 cm nas laterais. As figuras 2.37 e 2.38 mostram os detalhes das vigas com seus respectivos reforços longitudinais e transversais. Figura Vigas de concreto armado com reforço transversal (SILVA FILHO, 2004) 33

57 Figura Vigas de concreto armado com reforço transversal e longitudinal (SILVA FILHO, 2004) As vigas foram instrumentadas com extensômetros elétricos de resistência (EERs) e pinos metálicos para leitura das deformações específicas nas seções selecionadas. Para o aço, cada viga teve seis extensômetros colados, sendo três na armadura longitudinal e três colados na armadura transversal. Cada viga teve 9 EERs para medir as deformações específicas no concreto e no CFC, sendo que no concreto três posições diferentes. Cada grupo de 3 EERs foram colados em uma mesma região com uma diferença de 45º de um para o outro, de modo a se obter o ângulo de inclinação da biela flexo-comprimida e no CFC os EERs foram colados sempre na direção da fibra. As figuras 2.39 a 2.41 mostram detalhadamente o esquema de instrumentação das vigas com os EERs no aço, concreto e CFC, respectivamente. A fim de possibilitar a leitura do ângulo de torção em cada estágio de carregamento ao qual a viga foi submetida, foram instalados 5 transdutores lineares em cada viga, localizados a uma distância da face lateral da viga. Figura Posição dos EERs na armadura transversal e longitudinal das vigas (SILVA FILHO, 2004) 34

58 Figura Instrumentação no concreto e no CFC das vigas das séries VT e VTL (SILVA FILHO, 2004) Figura Detalhe dos EER colados no concreto e no CFC (SILVA FILHO, 2004) Para a realização dos ensaios montou-se um aparato estrutural capaz de transferir à viga de concreto armado a solicitação de torção pura, como mostrado nas figuras 2.42 a A estrutura foi composta por dois perfis de aço que formaram o braço de alavanca necessário para a transmissão do momento torçor à viga, quatro chapas de aço para acoplar os perfis metálicos na viga, duas chapas de aço para a transferência da força do perfil para a viga, um apoio que permitia a estrutura girar apenas em torno do seu eixo longitudinal, um macaco hidráulico para aplicação do carregamento e um parafuso de reação. 35

59 Figura Detalhe esquemático do sistema de ensaio (SILVA FILHO, 2004) Figura Sistema de ensaio montado (SILVA FILHO, 2004) 36

60 Figura Sistema de apoio (SILVA FILHO, 2004) Os resultados dos ensaios mostraram-se consistentes para uma avaliação teórica. A tabela 2.2 apresenta os resultados experimentais em um resumo dos momentos torçores de fissuração, de escoamento e de ruptura, com seus respectivos ângulos de torção por unidade de comprimento, mostrando também a média, o desvio padrão e o coeficiente de variação correspondente a cada série de vigas. Todas as vigas romperam por esmagamento da biela de concreto. A tabela 2.3 mostra a resistência última à torção das vigas ensaiadas por SILVA FILHO (2004), verificando-se que as vigas das séries VT e VTL tiveram resistência à torção última superior à da viga de referência. O aumento da resistência à torção foi cerca de 40%, mostrando que este tipo de reforço é efetivo. Verificou-se também que a ruptura sempre foi controlada pela biela flexo-comprimida, o que mostra que tal como nas vigas de concreto armado, a verificação da biela é uma etapa fundamental nesse tipo de análise. Tabela Resultados experimentais (SILVA FILHO, 2004) Série VT Série VTL Série VT Série VTL VIGA T cr θ cr T y T θ (kn.m) ( /m) (kn.m) y ( /m) u θ u (kn.m) ( /m) Vref 16,40 0,14 20,70 1,65 22,40 2,29 VT1 16,40 0,17 27,90 1,73 31,60 2,33 VT2 14,90 0,22 22,70 1,51 29,90 2,49 VT3 16,80 0,20 24,40 1,50 35,00 3,22 VTL1 14,90 0,20 24,40 1,71 28,00 2,39 VTL2 16,30 0,22 24,10 1,43 32,90 3,35 VTL3 16,80 0,25 28,30 2,03 31,70 2,81 Média 16,03 0,19 25,00 1,58 32,17 2,68 D.P. 1,00 0,03 2,65 0,13 2,60 0,48 Coef. Var. (%) 6,25 13,43 10,61 8,30 8,07 17,49 Média 16,00 0,23 25,60 1,72 30,87 2,85 D.P. 0,98 0,02 2,34 0,30 2,55 0,48 Coef. Var. (%) 6,16 10,46 9,15 17,47 8,27 16,88 37

61 Tabela Valores dos momentos torçores últimos (SILVA FILHO, 2004) Série VT Série VTL Série VT Série VTL T u VIGA (kn.m) T u /T u,ref Vref 22,40 - VT1 31,60 1,41 VT2 29,90 1,33 VT3 35,00 1,56 VTL1 28,00 1,25 VTL2 32,90 1,47 VTL3 31,70 1,42 Média 32,17 1,44 D.P. 2,60 0,12 Coef. Var. (%) 8,07 Média 30,87 1,38 D.P. 2,55 0,11 Coef. Var. (%) 8, PRIOR et al. (1993) PRIOR et al., (1993) apresentam em seu trabalho sobre sistemas construtivos em prémoldado, o sistema RPC-K System (Kabuki Construction Toshima/Japan), que consiste em vigas premoldadas em formato de U, usadas como fôrmas para o concreto moldado no local, que é utilizado em todas as ligações do pavimento. Neste sistema os pilares são executados com concreto moldado no local e as ligações formam um conjunto monolítico. A figura 2.45 mostra um segmento de viga pré-moldada em formato de U. Figura 2.45 Viga premoldada em formato de U (Melo apud PRIOR et al., 2008) O RPC-K System, assim como o sistema preformado, possibilita a adição de armadura suplementar de combate à flexão e armadura de ligação entre vigas e pilares. Parte do comprimento dos estribos e envolvida pelo concreto moldado no local, contribuindo para a 38

62 ligação entre vigas e lajes. Esse sistema permite a continuidade das ligações contribuindo para a ligação entre vigas e lajes, favorecendo a estabilidade global da estrutura LAGO et al. (2007) Lago et al. (2007) analisaram experimentalmente o comportamento de quatro conjuntos de vigas submetidas a ensaios de torção, sem e com reforço de material compósito de fibras de carbono, sendo que as principais variáveis de estudo foram a resistência do concreto e as posições dos estribos das vigas de borda mais próximos das faces das vigas que se apoiavam nestas. Todas as vigas tinham seções transversais retangulares medindo 100 mm x 300 mm. Cada conjunto foi composto por duas vigas: uma a ser bi-engastada e submetida a ensaio de torção, e outra em balanço, a fim de receber a força geradora do momento de torção sobre a primeira viga. O comprimento total da viga bi-engastada foi de mm, com vão livre de mm e da viga em balanço foi de mm. As figuras 2.46 e 2.47 mostram respectivamente o detalhe esquemático do conjunto de vigas ensaiadas e os detalhes das armaduras das vigas, enquanto a tabela 2.4 mostra as características das vigas. Figura 2.46 Dimensões dos conjuntos de vigas (LAGO et al., 2007) 39

63 Figura 2.47 Detalhe das armaduras das vigas (LAGO et al., 2007) Tabela 2.4 Características das vigas ensaiadas por LAGO et al. (2007) Conjunto Viga Espaçamento dos estribos na ligação (mm) Tipo 1 VCREF-C Referência s/reforço 2 VC Referência s/reforço 3 VC10-CFRP camadas de CFRP 4 VC20-CFRP camadas de CFRP O sistema de ensaio utilizado para submeter as vigas à esforço de torção, consistia de um cilindro hidráulico com capacidade de kn, que aplicava a carga na viga em balanço a 600mm do eixo longitudinal da bi-engastada, sendo acionado por uma bomba hidráulica, como mostrado na figura A instrumentação foi feita por meio de medições de deslocamentos em três posições, utilizando relógios comparadores analógicos com 0,01 mm de precisão, sendo que dois relógios mediam os deslocamentos horizontais enquanto um relógio media o deslocamento vertical no centro da ligação viga-viga, como mostra a figura

64 Figura 2.48 Sistema de ensaio utilizado por LAGO et al. (2007) Figura 2.49 Detalhe da instrumentação das vigas (LAGO et al., 2007) Os autores mediram os deslocamentos das vigas, tanto na direção horizontal quanto na vertical, verificando-se que os deslocamentos horizontais e verticais máximos observados foram nos conjuntos 1, 3 e 4 medidos em 18 kn. Também observaram que os conjuntos 2 e 4, ambos com a mesma resistência à compressão aos 28 dias (22,8 MPa), apresentaram 41

65 deslocamento equivalentes devido ao ganho de rigidez da peça reforçada, no caso, o conjunto 4. O mesmo fato ocorreu com as vigas 1 e 3, onde no conjunto 3 se obtiveram deslocamentos aproximadamente duas vezes menores que os do conjunto 1, sendo que o conjunto 3 não possuía um estribo na ligação, porém reforçado com fibras de carbono. LAGO (2007) verificou que para as vigas bi-engastadas VREF-C10 e VC-C10, as primeiras fissuras surgiram no meio do vão com as forças de aproximadamente 12kN, sendo caracterizadas como fissuras de torção, uma vez que as forças estimadas para a ruína por cisalhamento de acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2003) estavam nove vezes maiores que as forças que originaram as primeiras fissuras, ficando contra a segurança prevista pela norma. As forças últimas (P u ) observadas foram comparadas às estimadas de acordo com as recomendações da norma brasileira NBR Observou-se que a presença do reforço estrutural supriu a falta de estribos próximos às regiões de ligação, sendo que o reforço impediu a ruína das ligações e de suas ancoragens observadas nos conjuntos sem reforço conforme verificado em trabalhos anteriores, a fragilidade nesse sistema ainda é na ligação dos elementos estruturais e nas suas ancoragens. Todas as vigas ruíram por torção com esmagamento das diagonais comprimidas do concreto. Na tabela 2.5 os resultados experimentais observados (P exp ) por LAGO (2007) são comparados com as estimativas normativas (P est ). Ressalta-se que a resistência ao cisalhamento, devido à torção, estimada das vigas esteve próxima às observadas. 42

66 Tabela 2.5 Comparação dos resultados estimados com os observados por LAGO et al. (2007) Conjuntos Viga NBR 6118 (ABNT, P flex 2003) P cis P torção P exp (kn) (kn) (kn) (kn) CEB-FIP MC90 AC VCREF-C10 31,5 (S) 19,5 17,5 0,9 7,0 0,4 2 VC ,0 18,5 (C) 13,5 10,3 0,8 4,0 0,3 50,0 3 VC10-CFRP 32,3 (C) 21,0 17,9 0,9 7,0 0,3 4 VC20-CFRP 51,0 18,5 (C) 13,0 10,3 0,8 4,0 0,3 * (S) Resistência à torção referente às armaduras Modos de Ruptura Torção Esmagamento do Concreto * (C) Resistência à torção referente às diagonais comprimidas de concreto Os resultados experimentais variaram de 62 % a 73 % das forças estimadas para ruína por torção das vigas. Observou-se que os reforços impediram a ruína das ligações e de suas ancoragens, o que aconteceu nos conjuntos sem reforço, ressaltando que houve uma significativa diferença entre as resistências dos concretos de cada conjunto. Nas vigas reforçadas, as ligações foram preservadas e a ruína por torção aconteceu nas proximidades dos engastes. A figura 2.50 mostra os conjuntos de vigas logo após a ruína, destacando os mapas frontais de fissuração das vigas bi-engastadas dos conjuntos ensaiados. Figura 2.50 Vigas ensaiadas com detalhes das fissuras Lago et al. (2007), estimaram o ângulo de torção (φ) considerando que a seção rotacionou em torno do eixo longitudinal da viga bi-engastada e que os deslocamentos observados no relógio comparador R2 foram somente horizontais. Foi ainda realizada uma correção para compensar os deslocamentos verticais registrados no relógio comparador R3, que foram subtraídos da distância entre o ponto monitorado pelo relógio R2 e o plano médio longitudinal da viga 43

67 (100mm). A figura 2.51 mostra os ângulos de torção estimados para os diversos momentos de torção aplicados nas vigas bi-engastadas. Os ângulos de torção foram ligeiramente menores na posição do relógio comparador R1 em relação aos ângulos medidos na posição do relógio comparador R2. As vigas reforçadas com CFRP apresentaram ângulos de torção significativamente inferiores (aproximadamente 50%) aos observados nas vigas sem reforço. A forte influência do reforço à torção sobre os deslocamentos angulares é evidenciada quando a viga VC20-CFRP, que apresentou resistência à compressão do concreto de 22,8MPa e espaçamento dos estribos centrais de 400mm, é comparada com as demais. Figura 2.51 Ângulos de torção estimados utilizando os deslocamentos horizontais (LAGO et al., 2007) Vigas preformadas Apesar de que os trabalhos sobre elementos preformados serem ainda escassos na literatura, são apresentados alguns trabalhos realizados no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Federal do Pará em nível de graduação e pós-graduação. 44

68 TEIXEIRA et al. (2007) TEIXEIRA et al. (2007) analisaram 5 (cinco) ligações viga-viga de concreto armado, sendo 1 (uma) maciça para referência e 4 (quatro) preformadas. Os detalhes esquemáticos dos conjuntos de vigas idealizados são mostrados na figura 2.52, sendo que a principal variação considerada foram os espaçamentos dos estribos de 100, 150, 200 e 250 mm na faixa de 800 mm do vão central da viga VA, visando verificar a estabilidade da ligação diante dos espaçamentos crescentes. Figura 2.52 Arranjo das vigas ensaiadas por TEIXEIRA et al. (2007) Os 4 (quatro) arranjos preformados apresentaram armaduras longitudinais e transversais inseridas nas placas de concreto. Nas vigas bi-engastadas, houve uma variação nos espaçamentos, de 100 mm, 150 mm, 200 mm e 250 mm na faixa de 800 mm do vão central (trecho b), o que também ocorreu na viga maciça de referência. Já nas vigas em balanço e nos demais trechos restantes da viga-biengastada (trecho a) foi mantido o espaçamento de estribos a cada 100 mm. Este procedimento visou à verificação da estabilidade da ligação diante dos espaçamentos crescentes, ressaltando que tais situações podem ser encontradas na prática, uma vez que a falta de espaço para o encaixe da viga secundária é uma realidade. As figuras 2.53 a 2.57 mostram os detalhes das armaduras transversais dos conjuntos ensaiados por TEIXEIRA et al. 45

69 Figura 2.53 Viga de referência VC10 com espaçamento de estribo no trecho b de 100 mm (TEIXEIRA et al., 2007) Figura 2.54 Viga preformada VA-C10 com espaçamento de estribo no trecho b de 100 mm (TEIXEIRA et al., 2007) Figura 2.55 Viga preformada VA-C15 com espaçamento de estribo no trecho b de 150 mm (TEIXEIRA et al., 2007) Figura 2.56 Viga preformada VA-C20 com espaçamento de estribo no trecho b de 200 mm (TEIXEIRA et al., 2007) 46

70 Figura 2.57 Viga preformada VA-C25 com espaçamento de estribo no trecho b de 250 mm (TEIXEIRA et al., 2007) O sistema de ensaio utilizado por TEIXEIRA et al. (2007) foi o mesmo utilizado por LAGO et al. (2007). Os deslocamentos verticais e horizontais em cada viga foram medidos por 3 (três) deflectômetros analógicos (um na posição vertical e dois na posição horizontal) com bases magnéticas com precisão de 0,01mm/m com 50 mm de curso de haste. As figuras 2.58 e 2.59 mostram o detalhe esquemático e o registro fotográfico do posicionamento dos deflectômetros. Figura 2.58 Detalhe esquemático do posicionamento dos deflectômetros (TEIXEIRA et al., 2007) Figura 2.59 Registro fotográfico do posicionamento dos deflectômetros durante os ensaios (TEIXEIRA et al., 2007) 47

71 TEIXEIRA et al. (2007) verificaram que os deslocamentos horizontais e verticais foram mais acentuados nas vigas preformadas, onde os espaçamentos das armaduras transversais eram maiores. Nessas vigas, os deslocamentos horizontais tiveram significativos avanços a partir de aproximadamente 40 % das cargas de ruptura, e se intensificaram após o surgimento das primeiras fissuras. A viga de referência (VC10) apresentou deslocamentos bem próximos da sua similar preformada (VA-C10) até em torno de 8 kn, tanto na direção vertical quanto horizontal. A partir deste ponto a deflexão vertical do elemento (VC10) passou a ser ligeiramente maior. Verifica-se dessa maneira que na análise dos deslocamentos, a variação de 50 mm nos espaçamentos das armaduras transversais esteve diretamente associado aos diferentes desempenhos dos elementos em seus estados limites de deformações. A figura 2.60 mostra as curvas dos deslocamentos verticais e horizontais observados. Figura 2.60 Deslocamentos verticais e horizontais (TEIXEIRA et al., 2007) Observou-se que todas as vigas apresentaram resultados de cargas de ruptura observadas próximas das estimadas pela NBR 6118 (ABNT, 2003), embora a ligação das vigas tenha sido comprometida no instante de ruptura. A viga VB (balanço) teve problemas na ligação, simultaneamente quando se iniciou o processo de esmagamento das diagonais comprimidas do concreto na viga VA (bi-engastada). A ruptura ocorreu com a carga relativamente próxima a estimada para esmagamento das bielas de compressão devido a torção, sendo que a ruptura precoce da ligação pode ter sido conduzida pelas fissuras de torção em suas trajetórias uma vez que está relacionado ao fendilhamento do concreto na região dos ganchos das ancoragens. Em todas as vigas, as fissuras de torção ocorreram de forma helicoidal a aproximadamente 45 graus, circundando a peça e convergindo para as faces inferiores das ligações. A tabela 2.6 mostra os resultados experimentais e estimados para as cargas de ruptura das vigas ensaiadas. 48

72 Tabela 2.6 Cargas de ruptura observadas e estimadas (TEIXEIRA et al., 2007) Viga P flex (kn) P cis P torção Modos de P (kn) P u (kn) P u /P (kn) (kn) ruptura VC10 88,7 19,2 19,2 19,5 1,02 Torção VA-C10 79,6 10,5 10,5 10,0 0,95 Arrancamento da Ancoragem VA-C15 50,0 65,1 10,5 10,5 8,5 0,81 Arrancamento da Ancoragem VA-C20 57,9 10,5 10,5 11,0 1,05 Torção VA-C25 53,5 10,5 10,5 9,0 0,86 Arrancamento da Ancoragem Média 0,94 Desvio Padrão 0,10 TEIXEIRA et al., (2007) observaram que nas vigas VC10 e VA-C20 houve esmagamento do concreto nas camadas periféricas da seção proveniente do esforço de torção, porém, na viga VA-C20 este modo de ruptura limitou-se à região próxima a ligação enquanto na viga VC10 houve uma distribuição mais uniforme das fissuras ao longo do eixo longitudinal da viga. Nas demais vigas onde ocorreu o arrancamento da ancoragem, foi observado o início do processo de esmagamento das diagonais simultâneo à perda de carga do sistema devido a rotulação da ligação, prejudicando a transmissão dos momentos solicitantes. A viga VA-C10 apresentou em 4kN de carga uma fissura na face superior que se manifestou na direção longitudinal em parte do seu comprimento, esboçando um possível descolamento do concreto da preforma em relação ao núcleo. Neste caso o fluxo de tensões mais elevado na superfície causado pelo esforço de torção pode ter superado a resistência de aderência na interface dos concretos. As primeiras fissuras nas vigas VA-C15 e VA-C25 foram percebidas para as cargas de 8kN e 9kN, respectivamente. De maneira geral, a ruptura destas vigas ocorreu de forma frágil com elevada velocidade de relaxação das cargas após a rotação da ligação. A figura 2.61 mostra os aspectos das fissuras das vigas ensaiadas juntamente com o detalhe das rupturas das vigas em suas ligações. 49

73 Figura 2.61 Detalhes dos modos de ruptura e aspecto das fissuras das vigas (TEIXEIRA et al., 2007) MELO (2008) MELO (2008), em sua dissertação de mestrado, desenvolveu um estudo para verificar experimentalmente a resistência ao cisalhamento e à flexão do elemento premoldado, com o objetivo de investigar o desempenho estrutural de vigas preformadas. Foram ensaiadas 9 (nove) vigas preformadas e 3 (três) vigas maciças de referência até a ruptura, para observação 50

74 das cargas e dos modos de ruptura. Foram observados também os deslocamentos verticais máximos, as deformações nas armaduras de flexão e na armadura transversal, a deformação no concreto da camada premoldada, denominada de casca, e no concreto do núcleo das vigas pré-formadas, a deformação no concreto e no aço das vigas maciças e o padrão de fissuração. Todas as vigas possuíam dimensões de 105 mm x 340 mm x mm, com cobrimento das armaduras de 15 mm nas laterais e 20 mm no fundo e no topo das vigas. As vigas preformadas possuíam camadas premoldadas laterais (cascas) com espessura de 33 mm e núcleo de concreto moldado in loco com 39 mm de espessura. A figura 2.62 mostra as seções transversais das vigas com suas respectivas dimensões. Figura 2.62 Seções transversais das vigas maciças e preformadas (MELO, 2008) Para a confecção das vigas utilizou-se armaduras de combate à flexão de 2φ10,0 mm, 4φ12,5 mm e 6φ12,5 mm correspondendo às taxas de armadura de 0,43 %, 1,34 % e 2,00 % com o objetivo de estabelecer seções sub, normal e super armadas. As armaduras de cisalhamento consistiram em estribos verticais com diâmetro igual a 5 mm e espaçamento variando de 200 mm, 150 mm e 100 mm, correspondendo a seções de estribo por metro da viga de 200 mm 2, 51

75 267 mm 2 e 400 mm 2, respectivamente. A tabela 2.7 mostra as características das vigas ensaiadas. Tabela 2.7 Características das vigas (MELO, 2008) VIGA TIPO SEÇÃO ARMADURA (mm) Flexão Superior Cisalhamento VM1 Maciça Subarmada 2φ10,0 2φ5,0 2φ5,0 c200 VM2 Maciça Normal 4φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c150 VM3 Maciça Superarmada 6φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c100 VPF1 Preformada Subarmada 2φ10,0 2φ5,0 2φ5,0 c100 VPF2 Preformada Normal 4φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c100 VPF3 Preformada Superarmada 6φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c100 VPF4 Preformada Subarmada 2φ10,0 2φ5,0 2φ5,0 c150 VPF5 Preformada Normal 4φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c150 VPF6 Preformada Superarmada 6φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c150 VPF7 Preformada Subarmada 2φ10,0 2φ5,0 2φ5,0 c200 VPF8 Preformada Normal 4φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c200 VPF9 Preformada Superarmada 6φ12,5 2φ5,0 2φ5,0 c200 As vigas foram bi-apoiadas com vãos livres de mm e receberam cargas através de uma viga metálica que distribuiu o carregamento em dois pontos, ficando as mesmas sujeitas à flexão pura no trecho entre as cargas e à flexão simples nos trechos entre as cargas e os apoios, como mostrado na figura 2.63 onde mostra que as vigas foram apoiadas em dois blocos de concreto através de roletes de aço, configurando um apoio de primeiro gênero e outro apoio de segundo gênero. Figura Posicionamento dos apoios e das cargas (MELO, 2008) As cargas foram aplicadas nas vigas através de um cilindro hidráulico com capacidade de 1000 kn, acoplado a uma bomba hidráulica. As cargas foram medidas por uma célula de carga com capacidade de 1000 kn e leitor de precisão de 1kN, sendo aplicadas em passos de 5 kn nas vigas preformadas e em passos de 10 kn nas vigas maciças. 52

76 Os registros das deformações foram realizados em um laptop ligado a um sistema de aquisição de dados (spider) que processou as alterações nos extensômetros do concreto e das armaduras. As figuras 2.64 e 2.65 mostram o sistema de ensaio e aplicação de carga e o detalhe dos equipamentos utilizados nos ensaios. Figura Sistema de ensaio a aplicação da carga (MELO, 2008) Figura Detalhe dos equipamentos utilizados nos ensaios (MELO, 2008) A partir dos resultados experimentais, MELO (2008) observou que as vigas preformadas e as vigas maciças apresentaram cargas e modos de ruptura compatíveis com suas seções de concreto e de aço e com o sistema de ensaio ao que foram submetidas. Nas vigas subarmadas as armaduras longitudinais atingiram o escoamento caracaterizando a ruptura das vigas por flexão. Foi considerado ruína quando as vigas entraram em colapso ou não suportaram acréscimos de carregamento. As vigas superarmadas com espaçamento de estribos igual a 150 mm e com espaçamento de 200 mm romperam por escoamento da armadura transversal 53