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Avaliao Experimental do Comportamento de
Vigas Contnuas com Seco em T de Beto
Armado com Vares de GFRP
Pedro Miguel Franco Castro dos Santos
(Licenciado)
Dissertao para obteno do Grau de Mestre em Engenharia Civil
Presidente: Doutora Susana Luisa Rodrigues Nascimento Prada
Orientador: Doutor Paulo Miguel de Macedo Frana
Co-orientador: Doutor Joo Pedro Rama Ribeiro Correia
Vogal: Doutor Jos Joaquim Costa Branco de Oliveira Pedro
Dezembro 2010
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i
Agradecimentos
Com a concluso desta dissertao, quero expressar a minha gratido
e o meu
muito obrigado queles que de uma maneira ou de outra,
contriburam para o
desenvolvimento e concretizao dos objectivos propostos no
presente trabalho de
investigao.
Em primeiro lugar, ao professor Paulo Frana, sob cuja orientao
realizou-se a
presente dissertao, quero expressar o meu agradecimento pela sua
orientao,
ateno, ensinamentos, disponibilidade e incentivos. Ao professor
Joo Correia, uma
palavra de apreo pela disponibilidade e apoio na co-orientao do
presente
trabalho.
empresa Prebel, nomeadamente, ao engenheiro Carlos Afonso e ao
engenheiro
Henrique Ferreira uma palavra de apreo e agradecimento pela
disponibilidade,
pelo imprescindvel apoio prestado na construo das vigas de beto
ensaiadas e por
todos os meios colocados minha disposio.
Um palavra de agradecimento e gratido ao Laboratrio Regional de
Engenharia
Civil (LREC), nomeadamente ao engenheiro Amlcar Gonalves e ao
engenheiro
Miguel Correia, pela disponibilidade e preciosa colaborao
prestada e por todos o
meios colocados disposio, para a execuo dos ensaios
experimentais
predispostos na presente dissertao.
Um agradecimento a empresa Schck pelo fornecimento dos vares de
GFRP.
Aos meus amigos e colegas agradeo o continuo interesse no
desenrolar do meu
trabalho. Em especial, uma palavra de apreo e gratido ao meu
colega Gilberto
Laranja, pelo imprescindvel apoio prestado quer nos ensaios
experimentais como
na concepo dos modelos.
Finalmente, uma palavra muito especial de gratido, carinho e
agradecimento
minha irm, av e particularmente aos meus pais, pelo apoio,
afecto, carinho,
educao, incentivo e sentido de responsabilidade que sempre me
transmitiram.
Sem eles seria possvel comear e terminar mais esta etapa da
minha vida.
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ii
Resumo O crescente interesse por parte da engenharia civil, nos
aspectos de durabilidade das
estruturas de beto, sobretudo no fenmeno de corroso nos vares de
ao, teve um
contributo determinante no aparecimento dos vares de fibra de
vidro (GFRP). Em
funo de caractersticas como a sua grande resistncia corroso, a
sua no
condutividade electromagntica, o seu reduzido peso especfico e
elevada tenso de
rotura, os vares de GFRP so vistos, como uma alternativa eficaz
aos vares de ao
nas estruturas de beto. Contudo, aspectos importantes como o
elevado custo,
elevada deformabilidade e o mais importante, a carncia de
conhecimento do
comportamento das estruturas de beto armado com vares de GFRP
em
consequncia da ausncia de ductilidade destes vares, tm
dificultado a sua
aplicao no domnio da engenharia civil.
Apresenta-se inicialmente, uma reviso bibliogrfica sobre o
estado do
conhecimento actual, no que diz respeito ao comportamento das
vigas de beto
armado com vares de GFRP, com particular destaque para o
comportamento
flexo.
O presente trabalho de investigao teve como objectivo principal,
ensaiar, avaliar e
analisar o comportamento flexo de vigas contnuas de beto
armado
longitudinalmente com vares de GFRP. Sete vigas contnuas de beto
com seco
em T, divididas em quatro sries, foram ensaiadas com esse
propsito. O efeito do
confinamento do beto, em aspectos como a ductilidade, a
capacidade de
redistribuio de esforos e a resistncia das vigas foram estudados
e analisados, em
consequncia da maior cintagem do beto no apoio central numa das
sries de vigas.
Por outro lado, foi ainda comparado o comportamento flexo das
vigas contnuas
armadas com vares de GFRP e ao, dimensionadas para a mesma carga
de projecto.
Dos resultados obtidos, salienta-se a elevada deformabilidade e
fissurao das vigas
ensaiadas, e a boa capacidade de redistribuio de esforos
naquelas em que tal foi
esperado. Nas vigas com o beto confinado na zona do apoio
central, os resultados
experimentais mostram ainda que diminutamente, um incremento na
capacidade de
carga, na ductilidade das seces e consequentemente na capacidade
de
redistribuio de esforos.
-
iii
Abstract
The growing interest of civil engineering in aspects such as
durability of reinforced
concrete structures, particularly the phenomenon of corrosion in
steel bars, had a
decisive contribution in the appearance of the glass fiber
(GFRP) rebars. Because its
features to their such as corrosion resistance, to their
electromagnetic conductivity,
to their low specific weight and the high tensile strength, the
GFRP rods are an
effective alternative to steel rods in concrete structures.
However, important aspects
such as high cost, at high deformability and most importantly,
the lack of knowledge
of the behavior of concrete structures reinforced with GFRP bars
a result of lack of
ductility of these men, have hampered its application within of
civil engineering
domain.
It is presented a literature review on the state of current
knowledge regarding the
behavior of beams Concrete reinforced with GFRP bars, with
particular emphasis on
flexural behavior.
The present research work had as main objective, test, evaluate
and analyze the
flexural behavior of reinforced concrete continuous beams along
with GFRP bars.
Seven continuous beams of concrete T-section, divided into four
series, were tested
for this purpose. The confinement effect of concrete, of aspects
such as ductility, the
ability of stress distribution and resistance of the beams were
studied and analyzed,
in consequence of increased strapping of concrete in the central
support of a series
of beams. On the other hand, was further compared the flexural
behavior of
continuous beams reinforced with GFRP and steel rebars, scaled
to the same design
load.
Of obtained results, if stresses the high deformability, the
cracking of the beams
tested, and the good ability to the efforts redistribution when
this was expected. In
beams with confined concrete in the zone of central support, the
experimental
results still show that diminished, an increase in cargo
capacity, in ductility of
sections and the consequently in ability to the efforts
redistribution.
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iv
Palavras-chave
Vares de fibra de vidro (GFRP)
Vigas
Flexo
Ductilidade
Confinamento
Redistribuio de esforos
Deformao
Abertura de fendas
Keywords
Fiber Glass (GFRP) roads
Beams
Flexural
Ductility
Confinement
Stress distribution
Deformation
Crack with
-
v
ndice Geral
Agradecimentos i
Resumo ii
Abstract iii
Palavras Chaves iv
ndice Geral v
ndice de Tabelas vii
ndice de Fguras ix
Captulo 1
Introduo . 1
1.1 Enquadramento geral
......................................................................................................
1
1.2 Motivao e objectivos do trabalho
................................................................................
2
1.3 Organizao da dissertao
.............................................................................................
3
Captulo 2
Anlise e dimensionamento de vigas de beto armadas com vares de
GFRP ............ 5
2.1 Introduo
........................................................................................................................
5
2.2 Aspectos gerais da filosofia de dimensionamento
.......................................................... 5
2.3 Estado do conhecimento
.................................................................................................
7
2.4 Importncia do confinamento do beto nas vigas armadas com
vares de GFRP ........ 14
Captulo 3
Estudo experimental de vigas contnuas em beto armado com vares
de GFRP .... 16
3.1 Introduo
......................................................................................................................
16
3.2 Procedimento dos ensaios e Instrumentao utilizada
................................................. 16
3.2.1 Estrutura de carregamento e instrumentao das vigas
....................................... 17
3.2.2 Provetes cilndricos de beto confinados
..............................................................
22
3.3 Preparao das vigas
......................................................................................................
24
3.4 Descrio das sries experimentais
...............................................................................
26
3.4.1 Viga de referncia (Viga R)
.....................................................................................
26
3.4.2 Vigas em beto armado com vares de GFRP (srie G1)
........................................ aa
3.4.3 Vigas em beto armado com vares de GFRP (srie G2)
....................................... 28
3.4.4 Vigas em beto armado com vares de GFRP (srie G3)
....................................... 29
-
vi
3.4.5 Avaliao experimental do comportamento do beto confinado
......................... 30
3.5 Propriedades dos materiais utilizados
...........................................................................
31
3.5.1
Beto.......................................................................................................................
32
3.5.2 Armaduras de ao
...................................................................................................
34
3.5.3 Armaduras de GFRP
................................................................................................
35
Captulo 4
Apresentao e Anlise dos Resultados Experimentais
............................................... 38
4.1 Previso dos resultados experimentais
..........................................................................
38
4.2 Procedimento experimental
...........................................................................................
40
4.3 Anlise dos resultados experimentais
............................................................................
41
4.4 Apresentao dos resultados experimentais
.................................................................
44
4.4.1 Provetes cilndricos confinados
..............................................................................
44
4.4.2 Viga de Referncia
..................................................................................................
47
4.4.3 Srie de vigas
G1.....................................................................................................
52
4.4.4 Srie de vigas
G2.....................................................................................................
61
4.4.5 Srie de vigas
G3.....................................................................................................
70
4.5 Sntese comparativa
.......................................................................................................
79
Captulo 5
Concluses gerais e desenvolvimentos futuros
.............................................................
86
5.1 Concluses gerais
...........................................................................................................
86
5.2 Desenvolvimentos Futuros
.............................................................................................
88
Referncias Bibliogrficas
................................................................................................
90
Anexos
Anexo A
Dimensionamento de elementos de beto armado com vares de FRP
........................... 96
Anexo B
Reaces experimentais verificadas nos ensaios
............................................................
104
-
vii
ndice de Tabelas
Tabela 2.1 Espaamento entre estribos nas vigas ensaiadas por E.
A. Ahmed et al [24]
...........................................................................................................................................
11
Tabela 3.1 - Resistncia mdia de compresso do beto aos 28
dias............................... 32
Tabela 3.2 - Resistncia mdia do beto no dia dos ensaios
............................................ 33
Tabela 3.3 - Tenso de cedncia dos vares de ao
.......................................................... 34
Tabela 3.4 Tenso de rotura dos vares de ao
.............................................................
34
Tabela 3.5 - Propriedades mdias e de clculo especificadas pelo
fabricante ................. 36
Tabela 3.6 Propriedade experimentais obtidas no ensaio de traco
........................... 37
Tabela 4.1 Avaliao do comportamento em servio das vigas
..................................... 39
Tabela 4.2 Previso da carga e modo de rotura das vigas ensaiadas
............................. 40
Tabela 4.3 Fases de carregamento dos ensaios
.............................................................
41
Tabela 4.4 Rigidez da viga R nas diferentes etapas de
carregamento ........................... 47
Tabela 4.5 Deformao e abertura de fendas na viga R para a carga
de servio ........... 48
Tabela 4.6 - Evoluo da abertura de fendas
....................................................................
49
Tabela 4.7 Redistribuio mxima de esforos na viga R
............................................... 52
Tabela 4.8 - Carga de fendilhao, carga de colapso e respectiva
deformao na srie de
vigas G1
..............................................................................................................................
54
Tabela 4.9 Deformao e abertura de fendas na srie de vigas G1 em
servio............. 56
Tabela 4.10 Abertura de fendas na viga
G1-a.................................................................
57
Tabela 4.11 Abertura de fendas na viga G1-b
................................................................
57
Tabela 4.12 Redistribuio mxima de esforos na viga G1-a e G1-b
............................ 60
Tabela 4.13 Carga de fendilhao, carga de colapso e respectiva
deformao na srie
de vigas G2
.........................................................................................................................
62
Tabela 4.14 Deformao e abertura de fendas na srie de vigas G2 em
servio .......... 65
Tabela 4.15 Abertura de fendas na viga
G2-a.................................................................
66
Tabela 4.16 Abertura de fendas na viga G2-b
................................................................
66
Tabela 4.17 Redistribuio de esforos nas vigas G2-a e G2-b
...................................... 70
Tabela 4.18 Carga de fendilhao, carga de rotura e respectiva
deformao na srie de
vigas G3
..............................................................................................................................
72
Tabela 4.19 - Deformao e abertura de fendas na srie de vigas G3
em servio ........... 75
Tabela 4.20 Abertura de fendas na viga
G3-a.................................................................
75
-
viii
Tabela 4.21 Abertura de fendas na viga G3-b
.................................................................
75
Tabela 4.22 Redistribuio mxima de esforos nas vigas G3-a e G3-b
......................... 79
Tabela 4.23 Valores representativos do comportamento em servio
das vigas ............ 79
Tabela 4.24 Verificao aos estados limites de servio das vigas
................................... 80
Tabela 4.25 Sntese comparativa dos principais resultados na
rotura das vigas ............ 82
Tabela 4.26 - Comparao entre os valores tericos e experimentais
na rotura das vigas
............................................................................................................................................
84
-
ix
ndice de Figuras
Figura 2.1 Dimenses e pormenorizao das vigas ensaiadas por
Barris et al.[23] ......... 9
Figura 2.2 Pormenorizao e sistema de ensaio das vigas ensaiadas
por E. A. Ahmed et
al [24]
.................................................................................................................................
11
Figura 2.3 Aspecto geral dos ensaios realizados por Matos [27]
................................... 13
Figura 2.4 Relao constitutiva do beto confinado e no confinado
proposta pelo
Eurocdigo 2 [3]
.................................................................................................................
15
Figura 3.1 - Esquema geral das vigas ensaiadas
................................................................
16
Figura 3.2 Aspecto geral do ensaio de flexo
.................................................................
17
Figura 3.3 Estrutura de carregamento e consequente diagrama de
momentos flectores
elsticos
.............................................................................................................................
17
Figura 3.4 Apoio com possibilidade de deslocamentos
horizontais............................... 17
Figura 3.5 Apoio com restrio de deslocamentos horizontais
..................................... 17
Figura 3.6 LVDT colocado sob a viga, no ponto de aplicao de
carga .......................... 18
Figura 3.7 Suporte em madeira para proteco dos LVDT
............................................. 19
Figura 3.8 - Monitorizao da extenso do beto atravs de
vdeo-extensmetria ........ 19
Figura 3.9 - Marcas de referncia para a cmara de vdeo -
extensmetria..................... 20
Figura 3.10 Calibrao da cmara de vdeo - extensmetria
......................................... 20
Figura 3.11 Plano de extensmetria nas vigas com vares de GFRP
............................. 21
Figura 3.12 - Alisamento da superfcie dos vares longitudinais de
GFRP ........................ 21
Figura 3.13 - Extensmetro colado ao varo de GFRP
...................................................... 21
Figura 3.14 Isolamento dos componentes elctricos com verniz
.................................. 22
Figura 3.15 Proteco dos extensmetros com composto de silicone
.......................... 22
Figura 3.16 - Rectificao do topo dos provetes cilndricos
.............................................. 22
Figura 3.17 Provetes rectificados e no rectificados
...................................................... 22
Figura 3.18 - Preparao do provete para o ensaio de mdulo de
elasticidade ............... 23
Figura 3.19 Colocao do provete na prensa hidrulica
................................................ 23
Figura 3.20 Monitorizao da deformao do beto atravs da vdeo -
extensmetria
...........................................................................................................................................
24
Figura 3.21 Marcas de referncia para a cmara de vdeo -
extensmetria .................. 24
Figura 3.22 Data Logger Field Point (leitura da instrumentao
utilizada nos ensaios) 24
Figura 3.23 Cofragem em madeira
.................................................................................
25
-
x
Figura 3.24 - Preparao das armaduras
...........................................................................
25
Figura 3.25 Colocao e proteco dos extensmetros
................................................. 25
Figura 3.26 Armadura colocada na cofragem
.................................................................
25
Figura 3.27 Betonagem e vibrao do beto
..................................................................
25
Figura 3.28 Preparao dos provetes cbicos
................................................................
25
Figura 3.29 - Acabamento da face superior da viga
........................................................... 25
Figura 3.30 Descofragem e armazenamento das vigas
.................................................. 25
Figura 3.31 - Pormenorizao da viga R
.............................................................................
27
Figura 3.32 - Preparao das armaduras da viga R
............................................................ 27
Figura 3.33 - Pormenorizao da srie de vigas G1
........................................................... 28
Figura 3.34 Armaduras da srie de vigas G1
...................................................................
28
Figura 3.35 - Preparao da betonagem da viga G2
.......................................................... 28
Figura 3.36 - Pormenorizao da seco da srie de vigas G2
.......................................... 28
Figura 3.37 Pormenorizao do confinamento do beto na zona central
das vigas G3 29
Figura 3.38 - Construo/pormenorizao do confinamento do beto no
apoio central da
viga G3-a
.............................................................................................................................
30
Figura 3.39 Construo/pormenorizao do confinamento do beto no
apoio central
da viga G3-b
........................................................................................................................
30
Figura 3.40 Armadura para o confinamento dos provetes cilndricos
............................ 31
Figura 3.41 Betonagem dos provetes cilndricos confinados
......................................... 31
Figura 3.42 Compactao do beto
................................................................................
31
Figura 3.43 Cilindros betonados
......................................................................................
31
Figura 3.44 - Digramas tenso extenso dos provetes cilndricos do
beto no
confinado da viga G3-b
......................................................................................................
33
Figura 3.45 - Diagrama tenso extenso para os vares de ao com 6
mm .................. 34
Figura 3.46 - Diagrama tenso extenso para os vares de ao com 8
mm .................. 35
Figura 3.47 Superfcie dos vares de GFRP
.....................................................................
35
Figura 3.48 Ensaio de traco no varo de GFRP
............................................................ 35
Figura 3.49 Esquema de proteco dos
vares...............................................................
36
Figura 3.50 Provetes dos vares de GFRP
.......................................................................
36
Figura 3.51 Diagrama tenso extenso para os vares de GFRP de
dimetro 8 mm .. 36
Figura 3.52 Vdeo-extensmetria
....................................................................................
37
Figura 3.53 - Extensmetro electrnico
.............................................................................
37
-
xi
Figura 4.1 - Diagramas tensoextenso dos provetes cilndricos
confinados da beto da
viga G3-b
............................................................................................................................
44
Figura 4.2 - Rotura do provete cilndrico no confinado
................................................... 45
Figura 4.3 - Rotura do provete cilndrico no confinado
................................................... 45
Figura 4.4 Destacamento do beto de recobrimento no provete
cilndrico confinado . 45
Figura 4.5 - Rotura do provete cilndrico confinado
.......................................................... 45
Figura 4.6 Micro-fendilhao do ncleo de beto confinado
........................................ 46
Figura 4.7 Quebra da amarrao do estribo
...................................................................
46
Figura 4.8 Comparao da relao constitutiva do beto confinado e no
confinado da
viga G3-b
............................................................................................................................
46
Figura 4.9 Evoluo da deformao no meio vo da viga R em funo da
carga .......... 47
Figura 4.10 Padro de fissuras no vo esquerdo para a carga de 43
kN ........................ 48
Figura 4.11 - Padro de fissuras no vo direito para a carga de 43
kN ............................. 48
Figura 4.12 Evoluo das extenses nos vares longitudinais da viga
R em funo da
carga
...................................................................................................................................
49
Figura 4.13 Aspecto geral da viga R aps a rotura
......................................................... 50
Figura 4.14 Quebra do varo longitudinal do vo esquerdo na rotura
da viga ............. 50
Figura 4.15 - Comparao entre os momentos flectores tericos e
experimentais na viga
R
.........................................................................................................................................
50
Figura 4.16 - Padro de fissuras no apoio central para a carga de
43 kN ......................... 51
Figura 4.17 - Medio da abertura da fenda no apoio central para a
carga de 43 kN ...... 51
Figura 4.18 Evoluo da redistribuio de esforos no apoio central
da viga R ............ 52
Figura 4.19 - Evoluo da deformao no meio vo da viga G1-a em funo
da carga .... 53
Figura 4.20 Evoluo da deformao no meio vo da viga G1-b em funo
da carga ... 53
Figura 4.21 Aspecto geral da rotura da viga G1-a
.......................................................... 54
Figura 4.22 Aspecto geral da rotura da viga G1-b
.......................................................... 54
Figura 4.23 Rotura por esmagamento do beto no apoio central da
viga G1-a ............ 54
Figura 4.24 Rotura por esmagamento do beto no apoio central da
viga G1-b ............ 54
Figura 4.25 Estado do vo esquerdo na rotura da viga G1-a
......................................... 55
Figura 4.26 Estado do vo direito na rotura da viga G1-b
.............................................. 55
Figura 4.27 - Evoluo das extenses nos vares longitudinais da
viga G1-a ................... 55
Figura 4.28 Evoluo das extenses nos vares longitudinais da viga
G1-b .................. 55
Figura 4.29 Abertura de fendas no apoio central da viga G1-a
para a carga de 23 kN .. 57
-
xii
Figura 4.30 Abertura de fendas no vo esquerdo da viga G1-a para
a carga de 23 kN.. 57
Figura 4.31 Padro de fissuras no vo esquerdo da viga G1-a para a
carga de 22,6 kN 58
Figura 4.32 - Padro de fissuras no vo direito da viga G1-a para
a carga de 22,6 kN...... 58
Figura 4.33 - Padro de fissuras na viga G1-b para a carga de
23,8 kN ............................. 58
Figura 4.34 - Momentos flectores tericos e experimentais na viga
G1-a ........................ 58
Figura 4.35 Momentos flectores tericos e experimentais na viga
G1-b ....................... 59
Figura 4.36 Redistribuio de esforos na viga G1-a em funo da
carga ..................... 60
Figura 4.37- Redistribuio de esforos na viga G1-b em funo da
carga ....................... 60
Figura 4.38 Evolues da deformao a meio vo da viga G2-a em funo
da carga .... 61
Figura 4.39 Evolues da deformao a meio vo da viga G2-b em funo
da carga .... 61
Figura 4.40 Aspecto geral da rotura da viga G2-a
........................................................... 62
Figura 4.41 Aspecto geral da rotura da viga G2-b
........................................................... 62
Figura 4.42 - Estado do vo da viga G2-a
...........................................................................
62
Figura 4.43 - Estado do vo da viga G2-b
...........................................................................
62
Figura 4.44 Rotura por corte no apoio de extremidade
................................................. 63
Figura 4.45 Rotura por esmagamento do beto no apoio central
................................. 63
Figura 4.46 Estado do apoio central na rotura da viga G2-a
.......................................... 63
Figura 4.47 - Evoluo das extenses nos vares longitudinais da
viga G2-a ................... 64
Figura 4.48 - Evoluo das extenses nos vares longitudinais da
viga G2-b ................... 64
Figura 4.49 Fragmento de beto da viga G2-a
................................................................
65
Figura 4.50 Abertura de fendas no apoio central da viga G2-a na
carga de 40 kN ........ 66
Figura 4.51 - Abertura de fendas no vo direito da viga G2-a na
carga de 40 kN ............. 66
Figura 4.52 Padro de fissuras no vo esquerdo da viga G2-a para a
carga de 40 kN ... 67
Figura 4.53 Padro de fissuras no vo direito da viga G2-b para a
carga de 40 kN ........ 67
Figura 4.54 Padro de fissuras na viga G2-b para a carga de 40 kN
............................... 67
Figura 4.55 - Momentos flectores tericos e experimentais na viga
G2-a ........................ 68
Figura 4.56 - Momentos flectores tericos e experimentais na viga
G2-b ........................ 68
Figura 4.57 - Redistribuio de esforos na viga G2-a
....................................................... 69
Figura 4.58 Redistribuio de esforos na viga G2-b
...................................................... 69
Figura 4.59 - Evolues da deformao a meio vo da viga G3-a em funo
da carga ..... 71
Figura 4.60 - Evolues da deformao a meio vo da viga G3-b em funo
da carga .... 71
Figura 4.61 Aspecto geral da Rotura da viga G3-a
.......................................................... 72
Figura 4.62 Aspecto geral da Rotura da viga G3-b
.......................................................... 72
-
xiii
Figura 4.63 Estado do apoio central da viga G3-a
.......................................................... 72
Figura 4.64 - Estado do apoio central da viga G3-b
........................................................... 72
Figura 4.65 Rotura por esmagamento do beto no vo da viga G3-a
............................ 72
Figura 4.66 Rotura por esmagamento do beto no vo da viga G3-b
........................... 72
Figura 4.67 - Extenses mdias nos vares longitudinais da viga
G3-a ............................ 73
Figura 4.68 - Extenses mdias nos vares longitudinais da viga
G3-b ............................ 73
Figura 4.69 Fragmento de beto do vo da viga G3-b
................................................... 74
Figura 4.70 - Abertura de fendas no vo direito da viga G3-a na
carga de 40 kN ............. 75
Figura 4.71 - Abertura de fendas no apoio central da viga G3-a
na carga de 40 kN ......... 75
Figura 4.72 - Padro de fissuras na viga G3-a para a carga de 40
kN ................................ 76
Figura 4.73 - Padro de fissuras no vo esquerdo da viga G3-b para
a carga de 40 kN ... 76
Figura 4.74 - Padro de fissuras no vo esquerdo da viga G3-b para
a carga de 40 kN ... 76
Figura 4.75 - Momentos flectores tericos e experimentais na viga
G3-a ....................... 77
Figura 4.76 - Momentos flectores tericos e experimentais na viga
G3-b ....................... 77
Figura 4.77 Evoluo da redistribuio de esforos na viga G3-a
.................................. 78
Figura 4.78 Evoluo da redistribuio de esforos na viga G3-b
.................................. 78
Figura 4.79 CoMParao dos deslocamentos experimentais das vigas
ensaiadas em
funo da carga
..................................................................................................................
81
Figura 4.80 - Comparao dos deslocamentos experimentais das vigas
ensaiadas
(ampliao)
........................................................................................................................
81
Figura 4.81 - Comparao dos momentos flectores experimentais
actuantes no apoio
central das vigas
.................................................................................................................
83
Figura 4.82 Comparao dos momentos flectores experimentais
actuantes nos vos
das vigas
.............................................................................................................................
83
Figura 4.83 Evoluo da extenso do beto na seco do apoio central
das vigas ....... 85
-
xiv
-
1
Captulo 1 Introduo
1.1 Enquadramento geral
As estruturas de beto devem ser projectadas e concebidas para
exibir, durante o
seu perodo de vida til, nveis aceitveis de segurana e
durabilidade. Acontece que,
nem sempre os nveis de segurana nas estruturas so os admissveis,
apresentando
por vezes estados de degradao elevados, o que origina no limite
o colapso
progressivo da estrutura. Uma das principais causas deste
cenrio, a diminuio da
resistncia do beto armado devido a degradao dos seus
materiais,
nomeadamente a corroso das armaduras de ao.
Este facto, aliado aos elevados custos de manuteno e reparao das
estruturas,
levou a que, com o passar dos anos, os profissionais de
engenharia civil comeassem
a dar a devida importncia aos aspectos da durabilidade das
estruturas de beto
armado, justificando a procura de novos materiais estruturais
altamente resistentes
aos ataques dos agentes ambientais e que em simultneo apresentem
um elevado
desempenho mecnico. Em consequncia desta procura e dos
sucessivos
desenvolvimentos tecnolgicos, surgem os materiais de matriz
polimrica
reforados com fibras, normalmente designados de FRPs.
Os materiais de matriz polimrica, podem ser reforados com vrios
tipos de fibras e
podem assumir vrias formas, destacando-se em particular os vares
de fibras de
vidro, pois esto directamente relacionados com o tema da
presente dissertao. Os
vares de fibra de vidro normalmente designados de GFRPs (em
ingls, Glass Fyber
Reinforced Polymers) so materiais isentos de condutividade
electromagntica,
possuem uma elevada resistncia corroso, uma elevada resistncia
mecnica
traco e so muito mais leves que o ao [1].
Baseado nas caractersticas apresentadas anteriormente, os vares
de GFRP
comeam a ganhar importncia em termos de aplicabilidade na
engenharia civil,
principalmente em estruturas de beto armado expostas aos agentes
ambientais
agressivos, ou em estruturas onde a condutividade
electromagntica possa ser
prejudicial.
-
2
Contudo, razes como os elevados custos face aos vares de ao,
ausncia de
ductilidade nos vares de GFRP (rotura frgil), baixo mdulo de
elasticidade, falta de
regulamentos de dimensionamento e informao insuficiente no que
diz respeito ao
comportamento de estruturas de beto armado com vares de GFRP
(nomeadamente a ductilidade global da estrutura), tm dificultado
a sua aplicao.
Todavia, esperado que, com o aumento de conhecimento nesta rea,
com a
publicao de cdigos de dimensionamento e por conseguinte com a
maior
aplicabilidade dos vares de GFRP nas estruturas de beto, esta
soluo construtiva
torne-se do ponto de vista econmico, mais competitiva.
Importa referir que apesar dos vares de GFRP serem reconhecidos
como uma
alternativa promissora ao ao, torna-se indispensvel continuar a
aprofundar, a
investigao nesta rea. A anlise do comportamento de estruturas
hiperestticas de
beto armado com vares de GFRP, permite avaliar a capacidade de
redistribuio
de esforos e por conseguinte a ductilidade destas
estruturas.
1.2 Motivao e objectivos do trabalho
O principal objectivo da investigao experimental desenvolvida no
mbito da
presente dissertao, foi o de testar, avaliar e analisar o
comportamento flexo de
vigas contnuas de beto armado com vares de GFRP. Para atingir os
objectivos
propostos nesta investigao, foram definidas quatro sries de
ensaios
experimentais, todas com caractersticas distintas e compostas
por um total de sete
vigas escala reduzida. A primeira srie experimental composta por
uma viga de
referncia armada com vares de ao, sendo as ltimas trs sries
constitudas por
vigas de beto armado com vares de GFRP. A fim de aumentar a
fiabilidade dos
resultados experimentais, optou-se por construir e ensaiar duas
vigas com
caractersticas iguais para cada uma das sries, exceptuando o
caso da srie de
referncia. Com a viga de referncia, pretende-se comparar e
analisar as diferenas
existentes no comportamento flexo destas duas solues
construtivas.
A segunda srie de vigas, tem por base analisar o comportamento
na rotura e em
servio das vigas contnuas armadas com vares de GFRP,
dimensionadas de acordo
com uma anlise elstica linear de seco para uma carga de projecto
equivalente
da viga de referncia. Nestas vigas, esperado um comportamento
elstico at
rotura e por conseguinte, reduzida capacidade de redistribuio de
esforos. A
-
3
terceira e a quarta srie de vigas tm como principal objectivo,
averiguar o efeito do
confinamento do beto nas seces crticas das vigas, no modo de
rotura, resistncia,
ductilidade e na capacidade de redistribuio de esforos nas vigas
contnuas
armadas com vares de GFRP. Para tal, na quarta srie de vigas
reduziu-se o
espaamento entre estribos na zona do apoio central, com a
colocao de estribos
com menores dimenses. Deste modo, espera-se incrementar a
resistncia e
capacidade de redistribuio de esforos em relao s vigas da srie
trs, em
consequncia do aumento da ductilidade do beto na zona do apoio
central.
Pretende-se igualmente neste trabalho de investigao, avaliar e
analisar
experimentalmente o efeito do confinamento no comportamento do
beto
compresso. Para tal, realizaram-se ensaios em provetes
cilndricos de beto no
confinados e confinados com estribos em ao, sendo esperado
nestes casos, maior
capacidade de deformao plstica (ductilidade) aps atingida a
tenso mxima de
compresso.
Finalmente, importa referir que, o programa experimental
definido no mbito da
presente dissertao, pretende contribuir para o maior
conhecimento de uma
soluo construtiva, pioneira, pouco divulgada e pouco utilizada
pelos profissionais
de engenharia civil. Pretende-se ainda colaborar na avaliao de
parmetros
importantes e significantes no comportamento das estruturas de
beto, como a
ductilidade e a capacidade de redistribuio de esforos, como uma
das formas a
contribuir para ultrapassar as dificuldades inerentes
aplicabilidade dos vares de
GFRP nas estruturas de beto.
1.3 Organizao da dissertao
A presente dissertao encontra-se estruturada em 5 captulos.
No presente captulo apresenta-se o enquadramento geral do tema
deste trabalho de
investigao, na rea da engenharia civil. Em seguida, indica-se a
motivao, os
principais objectivos desta investigao e os resultados
pretendidos, terminando
com uma sntese de cada captulo da presente dissertao.
No captulo 2 apresenta-se primeiramente os aspectos gerais a
tidos em conta na
filosofia de dimensionamento de elementos em beto armado com
vares de GFRP.
Em seguida, descrito, com base numa reviso da literatura, o
estado do
-
4
conhecimento nesta rea. Finalmente, refere-se a importncia que
poder ter o
confinamento do beto nas vigas hiperestticas armadas com vares
de GFRP.
O captulo 3 descreve todo o programa experimental definido na
presente
dissertao. Apresenta-se a descrio das sries experimentais, o
procedimento e
toda a instrumentao utilizada nos ensaios, sendo mostrado ainda
a preparao das
vigas. Para finalizar o captulo, apresentam-se as propriedades
mecnicas e fsicas
dos materiais utilizados nas sries experimentais. Os resultados
experimentais dos
ensaios de caracterizao dos materiais, so igualmente
apresentados neste captulo.
Os resultados experimentais de todos os ensaios realizados so
apresentados no
captulo 4. Este captulo dividido em trs partes distintas.
Comea-se com a
apresentao e anlise dos resultados experimentais dos provetes
cilndricos
confinados transversalmente atravs de estribos de ao. Em
seguida, apresentam-se
os resultados experimentais dos ensaios de flexo s diversas
sries de vigas
contnuas de beto. Nesta fase, parmetros como abertura de fendas,
deformao,
modos de rotura, capacidade resistente e redistribuio de esforos
so analisados.
Para finalizar o captulo, mostra-se uma sntese comparativa dos
vrios resultados
experimentais, nomeadamente, o comportamento em servio e na
rotura das vrias
sries de vigas. Durante a apresentao dos resultados
experimentais, so
apresentadas algumas observaes, anlises e concluses.
Por fim, embora algumas concluses sejam descritas ao longo da
apresentao dos
resultados, o captulo 5 resume as concluses gerais do presente
trabalho. Neste
captulo, apresenta-se ainda algumas consideraes para futuros
trabalhos de
investigao nesta rea.
-
5
Captulo 2 Anlise e dimensionamento de vigas de beto armadas com
vares de GFRP
2.1 Introduo
Neste captulo, comea por se descrever os aspectos gerais do
dimensionamento/comportamento de vigas de beto armado com vares
de GFRP.
Em seguida, com base numa reviso da literatura, apresenta-se o
estado do
conhecimento actual no que se refere aplicao deste material na
rea da
engenharia civil. Termina-se este captulo, com a referncia
importncia do
confinamento do beto no comportamento flexo das vigas de beto
armado com
vares de GFRP.
As equaes/recomendaes de dimensionamento de elementos de beto
armado
com vares de GFRP, segundo o regulamento americano ACI 440.1R-06
[1], so
apresentados no anexo A.
2.2 Aspectos gerais da filosofia de dimensionamento
A filosofia de dimensionamento nos elementos estruturais em beto
armado com
vares de GFRP, apesar de baseados nos mesmos pressupostos
(equilbrio interno
de foras e compatibilidade de extenses), diverge, da adoptada
no
dimensionamento dos elementos de beto armado com vares de ao.
Este facto,
justifica-se com as importantes diferenas existentes nas relaes
constitutivas dos
dois materiais. Os vares de GFRP quando comparados com os de ao,
so
caracterizados pela rotura frgil (comportamento elstico-linear
at rotura),
reduzido mdulo de elasticidade e maior tenso de rotura [2].
Assim, no
dimensionamento dos elementos estruturais com recurso a vares de
GFRP,
necessrio ter em conta as importantes diferenas existentes entre
este material e o
ao, principalmente no que se refere s suas caractersticas
mecnicas.
Na verificao do estado limite ltimo de flexo, os elementos em
beto armado so
dimensionados para que a armadura de ao esteja na cedncia, de
acordo o
Eurocdigo 2 [3], tirando assim proveito da elevada ductilidade
dos vares de ao
ps-cedncia. Contudo, no caso dos elementos de beto armados com
vares de
GFRP, a filosofia de dimensionamento tem que ser naturalmente
diferente. Neste
sentido, o regulamento americano ACI 440.1R-06 [1], recomenda
para a verificao
-
6
do ELU de flexo em vigas de beto armado com vares de GFRP, o
modo de rotura
por esmagamento do beto em detrimento da rotura pelos vares,
pois em
consequncia do comportamento plstico do beto antes da rotura,
estes elementos
exibem maiores deformaes plsticas (ductilidade).
O modo de rotura nos elementos em beto armado com vares de GFRP
previsto
em funo da quantidade de armadura utilizada nas seces crticas.
Sendo assim, o
modo de rotura por esmagamento do beto implica o dimensionamento
de seces
muito armadas quando comparado com o modo de rotura pelos vares,
de forma a
garantir atravs do equilbrio de foras, que na seces criticas dos
elementos a
rotura ocorra por esmagamento do beto. De salientar, que o
dimensionamento para
este modo de rotura, apesar do uso de maior taxa de armadura,
conduz a solues
mais proveitosas, devido ao menor factor de segurana imposto
pelo regulamento
ACI 440.1R-06 [1].
No caso dos elementos contnuos, a possibilidade de considerar no
seu
dimensionamento uma anlise elstico-linear com redistribuio de
esforos ou uma
anlise plstica tirando partido do comportamento no linear dos
materiais,
logicamente s faz sentido quando considerada a rotura por
esmagamento do
beto. Todavia, tal considerao, depende ainda da capacidade de
rotao plstica
das seces crticas dos elementos de beto (neste caso, resultante
da deformao
plstica do beto compresso antes da rotura) ser suficiente, de
modo a garantir
capacidade de redistribuio de esforos nas vigas, em consequncia
da formao
das chamadas rtulas plsticas [4]. Uma tcnica econmica e de fcil
aplicao com
vista a incrementar a ductilidade das seces, o confinamento do
beto recorrendo
as armaduras transversais (estribos).
No que respeita ao dimensionamento de elementos de beto
armados
transversalmente com estribos de GFRP, a fraca resistncia destes
vares flexo e
ao corte (consequncia na anisotropia deste material), reduz
significativamente a
resistncia dos estribos feitos deste material, principalmente
nas zonas de curvatura
onde existe maior concentrao de esforos de flexo e de corte
[5].
Por conseguinte, recomendado uma tenso de traco limite nas
armaduras
transversais de FRP`s [1], de modo a evitar a rotura prematura
dos estribos pelas
-
7
zonas de curvatura, controlar a largura de fendas provenientes
dos esforos de corte
e ainda manter a integridade da resistncia ao corte do beto.
Os vares de GFRP possuem baixa resistncia compresso, pelo que a
sua
contribuio no dimensionamento dos elementos de beto flexo, deve
ser
desprezada, no sendo recomendado pelos regulamentos o uso destes
vares em
pilares ou em elementos sujeitos a grandes esforos de compresso
[2]. Contudo, um
estudo experimental publicado em Setembro de 2010 por A. Luca et
al [6], sobre o
comportamento de pilares armados com estribos e vares
longitudinais de GFRP,
conclui que o comportamento de pilares armados com vares de ao e
de GFRP no
apresentam grandes discrepncias, quando sujeitos a um
carregamento axial.
Outra particularidade a ter em ateno no dimensionamento de
elementos de beto
armado com vares de FRPs, relaciona-se com o princpio de
compatibilidade de
deformao entre as armaduras e o beto, onde assumido a ausncia
de
escorregamento entre os dois materiais. Todavia, no caso dos
vares de GFRP, as
propriedades de aderncia com o beto dependem da preparao da
superfcie dos
vares, que podem ser revestidos com areia, nervurados ou
enrolados de forma
helicoidal [7].
Por ltimo importa referir, que devido ao baixo mdulo de
elasticidade e por
conseguinte menor rigidez dos vares de GFRP relativamente aos de
ao, so
esperados para os elementos armados com GFRP, maiores deformaes
e largura de
abertura de fendas [5]. Em consequncia, o dimensionamento destes
elementos
normalmente condicionado pela verificao aos estados limites de
servio,
principalmente no que diz respeito a deformao, j que devido no
corrosividade
dos vares de GFRP, a verificao das aberturas de fendas faz-se
sobretudo por
razes de esttica.
2.3 Estado do conhecimento
A rpida deteriorao das estruturas de beto, resultante da corroso
nas
armaduras de ao, justificou a procura de materiais altamente
resistentes aos
ataques dos agentes ambientais e que em simultneo apresentem um
elevado
desempenho mecnico. Os materiais de matriz polimrica reforados
com fibras, ou
FRP`s, possuem estas caractersticas, e a vantagem da sua no
condutividade
electromagntica.
-
8
Desde 1980s [8], a comercializao e aplicao destes materiais nas
estruturas de
beto como armadura longitudinal, em substituio dos vares de ao,
tem
aumentado consideravelmente. Devido ao sucesso resultante da sua
aplicao,
sobretudo em ambientes agressivos, o uso de vares de GFRP
(polmeros reforados
com fibras de vidro) nas estruturas de beto, tem sido
considerado como soluo
eficaz aos problemas inerentes da corroso do ao.
Em termos de durabilidade das estruturas, a utilizao de vares de
GFRP uma
mais-valia face ao ao, principalmente devido a elevada
resistncia a corroso.
Contudo, face s diferenas existentes nas propriedades mecnicas
dos dois
materiais, a anlise e dimensionamento de elementos de beto
armado com vares
de GFRP, requer especial interesse.
Nos USA vrios trabalhos de investigao surgiram durante a dcada
de 90, onde
autores, como, Faza e GangaRao [9], Nanni [10], Benmokrane et al
[11;12],
Masmoudi et al [13], Houssam et al [14], Vijay et al [15], entre
outros, discutem e
sugerem respectivamente nos seus artigos, o comportamento e o
dimensionamento
de vigas simplesmente apoiadas de beto armado com vares de
GFRP.
Em consequncia destes trabalhos, foi publicado pela American
Concrete Institute
(ACI) em 2001 nos USA, a primeira norma de referncia, o ACI
440.1R-01, que
aborda a utilizao deste novo material estrutural. Actualmente
esta norma
americana vai na sua terceira verso, a ltima das quais, o ACI
440.1R-06 [1],
publicado em 2006. No Japo foi tambm publicada a norma JSCE [16]
pela Japan
Society of Civil Engineers (JSCE), e na Europa a FIB-40 [17],
publicada pela
Fderation Internationale du Bton (fib). No Canada foi tambm
publicado um
manual de dimensionamento, o ISIS-3 [7], pela Intelligent
Sensing for Innovative
Structures. Todos os documentos referidos apresentam equaes,
recomendaes
de dimensionamento, principais limitaes e vantagens da utilizao
deste material
nos elementos de beto, contribuindo para o sucesso/aumento da
sua aplicao na
engenharia civil.
Recentemente, nomeadamente desde 2005, autores como Lee et al
[5], Sungwoo et
al [18], Rafi e Nadjei [19] Li e Wang [20], Shin et al [21],
Mosley et al [22] e Barris et
al [23] publicaram nos seus artigos trabalhos de investigao, que
incidiram na
-
9
avaliao experimental dos diversos parmetros caractersticos do
comportamento
de vigas simplesmente apoiadas em beto armado com vares de
GFRP.
O ltimo artigo mencionado, Barris et al [23], assume maior
importncia no s por
ser recente, mas tambm por incidir sobre o comportamento flexo
de vigas em
beto armado com vares de GFRP do fabricante Schoeck, ou seja, os
mesmos vares
utilizados na presente dissertao. Apresenta-se em seguida um
resumo o trabalho
desenvolvido por este autor e as suas principais concluses.
Barris et al [23], desenvolveu um trabalho de investigao
experimental, com o
objectivo de analisar o comportamento flexo de vigas de beto
armado com
vares longitudinais de GFRP. Aspectos como capacidade ltima
resistente, modo de
rotura, deformao e aberturas de fendas foram analisados e
comparados com os
resultados analticos resultantes dos documentos de
dimensionamento. No final,
aborda a ductilidade das vigas ensaiadas.
No contexto da investigao experimental, foram ensaiadas 6 pares
de vigas, todas
com diferentes percentagens de armadura longitudinal. As vigas
foram do tipo
simplesmente apoiado com seco de altura 0,19 m e largura
varivel, possuindo
comprimento entre apoios de 1,8 m. O esquema de carregamento e
a
pormenorizao das vigas ensaiadas, so apresentados na Figura
2.1
Figura 2.1 Dimenses e pormenorizao das vigas ensaiadas por
Barris et al.[23]
Devido ao comportamento elstico linear dos vares de GFRP, todas
as vigas
exibiram um comportamento linear antes e aps a abertura de
fendas.
Na anlise aos ELU de flexo, todas as vigas exibiram cargas de
rotura superiores s
calculadas de acordo com os regulamentos. O autor justifica as
diferenas entre os
resultados tericos e os resultados experimentais, com o facto do
valor da extenso
mxima de compresso no beto considerada no dimensionamento,
ser
-
10
normalmente inferior ao obtido experimentalmente (devido a grau
de confinamento
fornecido pela armadura de esforo transverso o beto atinge uma
maior
deformao na rotura).
Em termos de estados limites de servio, comparando os valores
experimentais e os
tericos calculados segundo o ACI-440.1R 06 [1] e o Eurocdigo 2
[3], observou-se
que at a carga de servio a previso das deformaes das vigas esto
de acordo com
os resultados experimentais. No entanto, para cargas superiores,
todas a previses
fornecidas por estes cdigos subestimam a deformao. Segundo o
autor, essa
diferena pode ser atribuda ao facto destas equaes serem
desenvolvidas para
cargas de servio, ou seja, tm em conta apenas a relao linear
tenso-extenso do
beto (regime linear das vigas). Observou-se ainda que, todas as
vigas apesar de
exibirem uma rotura considerada frgil, apresentaram um elevado
grau de
deformabilidade.
Para os diferentes patamares de carga, a anlise das extenses na
seco de meio
vo da viga, mostrou que a hiptese de Bernoulli valida nestes
elementos antes e
aps da abertura de fendas (boa aderncia entre o beto e os vares
de GFRP).
Por ltimo, a largura da abertura de fendas experimental menor
que as obtidas
segundo o ACI [1] e o Eurocdigo 2 [3], o que demonstra a boa
aderncia entre o
beto e os vares de GFRP usados neste trabalho.
Em Janeiro de 2010 E. A. Ahmed et al [24] publicaram um artigo,
no qual, avaliam e
analisam o comportamento ao corte de vigas em beto armado com
estribos de
GFRP.
No contexto desta investigao experimental, foram construdas e
ensaiadas um
total de quatro vigas escala real, tendo todas a mesma rea de
armadura
longitudinal, todavia, consideram diferentes tipos e reas de
armadura resistente
aos esforos de corte (estribos). Destas vigas, trs foram armadas
com estribos de
GFRP e uma armada com estribos de ao para efeitos de comparao.
Alm disso,
todas as vigas foram simplesmente apoiadas, com comprimento de 6
m entre apoios
e seco transversal tipo T.
A pormenorizao, o esquema de ensaio e o sistema de apoio das
vigas ensaiadas,
so apresentados na Figura 2.2.
-
11
Figura 2.2 Pormenorizao e sistema de ensaio das vigas ensaiadas
por E. A. Ahmed et al [24]
O espaamento entre estribos adoptados por E. A. Ahmed para cada
uma das vigas
ensaiadas, apresenta-se na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 Espaamento entre estribos nas vigas ensaiadas por E.
A. Ahmed et al [24]
Viga
S - Espaamento (mm)
SG-9.5-2 SS-9.5-2 SG-9.5-3 SG-9.5-4
300 300 200 150 Nota: Na designao das vigas, a primeira letra,
S, indica a armadura longitudinal (S = steel), enquanto a segunda
letra
indica o material dos estribos (G de GFRP e S para o ao (em
ingls, steel)).
Quanto menor o espaamento dos estribos, menor foi a extenso
verificada nos
estribos em todos os patamares de carga e maior foi a capacidade
resistente ao corte
observada na rotura das vigas (em consequncia do maior efeito do
confinamento).
A rotura das vigas, corresponderam a valores de fora de corte de
272 kN, 259,3 kN,
337 kN e 416 kN respectivamente para as vigas SS-9.5-2,
SG-9.5-2, SG-9.5-3 e SG-9.5-
4. Observa-se assim, que a capacidade resistente ao corte da
viga de referncia, no
apresenta diferenas significantes quando comparado com a sua
homloga com
estribos de GFRP.
A nvel de deformao, todas as vigas exibiram um comportamento
semelhante, no
havendo diferenas significativas entre as vigas com estribos de
GFRP e a viga de
referencia (estribos de ao), excepto, a viga SG-9.5-2, que
exibiu maiores
deformaes. O padro final das fissuras foi igualmente semelhante
nos vos de
todas as vigas, destacando-se apenas as diferenas no nmero e no
espaamento das
fendas diagonais devido aos esforos de corte.
-
12
Apesar de em todas as vigas as condies de ensaio terem sido
semelhantes, aps a
fissurao, os estribos da viga de referencia (SS-9.5-2) exibiram
menores valores
mdios de extenso em comparao as restantes vigas armadas com
estribos de
GFRP. Tal justifica-se com maior ndice de armadura transversal
(Efy/Es) da viga de
referncia, quando comparado com as restantes vigas armadas
transversalmente
com estribos de GFRP (mdulo de elasticidade significativamente
menor).
Comparativamente viga de referncia (SS-9.5-2), a presena de
estribos de GFRP
na viga equivalente, aumenta a contribuio do beto na resistncia
ao esforo
transverso aps a abertura de fendas.
Na rotura por esforo transverso, a inclinao da fissura de corte
nas vigas armadas
com estribos de GFRP est em boa concordncia com o tradicional
modelo de
escoras e tirantes com inclinao de 45 graus, usado nas
estruturas de beto.
Por ltimo, a limitao da tenso ltima dos estribos de GFRP (tem em
conta a
menor resistncia do varo de GFRP na curvatura dos estribos), tal
como
especificado no ACI 440.1R-06 [1] permite uma previso mais
rigorosa mas ainda
um tanto conservativa da resistncia ao corte dos elementos de
beto armados com
estribos de GFRP.
A avaliao do comportamento de vigas contnuas em beto armado com
vares de
GFRP teve incio nos anos 90, por Grace et al [25], em que
estudou o seu
comportamento flexo e ao corte, tal como a maneira de medir a
sua ductilidade
neste tipo de vigas.
Em 2008, Habeeb e Ashour [26] publicaram um artigo no mbito do
seu trabalho de
investigao, no qual, analisam e comparam o comportamento flexo
de vigas
simplesmente apoiadas e contnuas de beto armado com vares de
GFRP. Uma viga
contnua de beto armado com vares de ao foi igualmente ensaiada
para efeitos de
comparao.
Mais recentemente, Matos [27] no mbito da sua dissertao de
mestrado na
Universidade Superior de Lisboa (IST), analisou numa campanha de
ensaios
experimentais, o comportamento flexo de vigas hiperestticas em
beto armado
com vares de GFRP. Aspectos como, resistncia, modo de rotura,
deformao e
abertura de fendas, foram estudados e comparados com os
resultados analticos
-
13
resultantes dos regulamentos de dimensionamento em vigor.
Finalmente, o efeito do
confinamento do beto nas seces crticas das vigas em aspectos
como, a
redistribuio de esforos e ductilidade das vigas de beto armado
com vares de
GFRP, foram igualmente estudados e discutidos. Neste caso, foram
ensaiadas 7 vigas
contnuas com comprimento entre vos de 1 m e com seco rectangular
igual a
0,1x0,12 m2, sendo o aspecto geral do ensaio apresentado na
Figura 2.3.
Figura 2.3 Aspecto geral dos ensaios realizados por Matos
[27]
A rigidez das vigas com vares de GFRP, reduz-se
significativamente aps a
fissurao e na sequncia da evoluo da abertura das fendas, devido
ao baixo
mdulo de elasticidade dos vares GFRP, pelo que estas vigas
evidenciaram
deformaes maiores que a beto armado com vares de ao
convencionais. As
previses da deformao segundo o regulamento ACI 440.1R-06
assemelham-se aos
resultados experimentais, apenas para baixos nveis de carga
(onde as vigas
permanecem em regime linear). De notar, que o confinamento do
beto
compresso nas zonas crticas das vigas, tende a aumentar a
deformao no vo
destas, em consequncia da sua maior capacidade de redistribuio
de esforos.
O acrscimo do confinamento no beto nas zonas crticas da viga
apesar de no
ampliar significativamente a sua capacidade resistente, permitiu
o aumento da
redistribuio de esforos na viga em 20 %. Este facto explicado
pelo confinamento
do beto evidenciar-se mais no aumento da ductilidade do que no
aumento da
resistncia (o aumento da resistncia das vigas devido a este
efeito foi de 13%).
Verificou-se ainda que para cargas de servio, o nvel de
fendilhao foi bastante
aceitvel, verificando os limites regulamentares. Para cargas
superiores, as
formulaes propostas pelos regulamentos no fornecem boas
estimativas da
abertura de fendas, devido ao comportamento no linear das vigas
nestes nveis de
-
14
carga. Foi ainda constatado a boa ligao de aderncia entre o varo
GFRP
(fabricante schoeck) e o beto, podendo mesmo neste caso ser
superior dos vares
de ao.
Por ltimo e tirando a verificao aos ELS, os resultados analticos
assemelham-se
aos valores experimentais, desde que se considere os parmetros
adequados nas
formulaes de clculo fornecidas pelo ACI 440R.1R-06 [1] e
Eurocdigo 2 [3]. Note-
se ainda, que estimativa do efeito do confinamento no beto (que
tem influencia na
extenso ltima do beto e na sua resistncia) o parmetro mais
importante, na
estimativa dos resultados experimentais.
2.4 Importncia do confinamento do beto nas vigas armadas com
vares de GFRP
Por vezes, o dimensionamento de elementos de beto em regime
linear, no vivel
nem desejvel por razes econmicas, prticas e ainda razes de
segurana. Nestes
casos, torna-se necessrio recorrer ao dimensionamento com base
em anlises
plsticas e ou em anlises elsticas com redistribuio limitada de
esforos. Deste
modo, tira-se partido do comportamento no linear dos materiais,
o que possibilita
do dimensionamento de estruturas mais econmicas e mais
dcteis.
A ductilidade das vigas de beto armado com vares de ao uma
propriedade
essencial no seu desempenho estrutural, pois garante-lhes
capacidade de
deformao plstica antes da rotura sem perda significativa da sua
resistncia,
evitando assim o colapso frgil das estruturas. Esta
caracterstica resulta resulta da
explorao da capacidade de deformao plstica aps a cedncia dos
vares de ao.
No caso das vigas contnuas de beto armado com vares de GFRP, a
ductilidade no
possvel devido ao comportamento elstico linear destes vares at a
rotura. A
falta de ductilidade nestes vares, obriga a que as seces crticas
dos elementos de
beto armado com vares de GFRP sejam dimensionadas de modo que, a
sua rotura
ocorra pelo esmagamento do beto, explorando, ainda que
diminutamente, o
comportamento plstico do beto antes da rotura.
Devido a esta nova filosofia de dimensionamento, surge o
interesse na avaliao da
capacidade de redistribuio de esforos nestes elementos e na
capacidade de
-
15
deformao plstica das suas seces crticas, em explorao da
ductilidade do beto
compresso.
O beto antes da rotura possui alguma capacidade de deformao
plstica
(ductilidade). Uma das tcnicas construtivas adoptadas, com vista
a incrementar a
ductilidade do beto antes da rotura, o confinamento do mesmo. De
facto, o
confinamento lateral do beto (restrio da expanso lateral por
efeito de Poisson)
aumenta a resistncia do beto compresso e confere-lhe uma maior
ductilidade.
A relao constitutiva dos betes confinados diferente da dos betes
no
confinados, principalmente em relao deformao mxima de compresso
do
beto na rotura. Este efeito pode ser conseguido atravs da
cintagem do beto com
armaduras transversais (estribos).
Na Figura 2.4, apresenta-se a relao tenso-extenso do beto
confinado e no
confinado proposta pelo Eurocdigo 2 [3].
Figura 2.4 Relao constitutiva do beto confinado e no confinado
proposta pelo Eurocdigo 2 [3]
Nota: c = tenso mxima de compresso no beto; c,u = extenso ltima
do beto no confinado, cu2,c =
extenso ltima do beto confinado.
O confinamento do beto nas vigas armadas com vares de GFRP pode
ser
importante, principalmente quando a redistribuio de esforos
nestes elementos de
beto necessria. O confinamento possibilita um elevado incremento
na
capacidade de rotao plstica das seces crticas e por conseguinte
um aumento
na capacidade de redistribuio de esforos e ductilidade global
das vigas.
-
16
Captulo 3 Estudo experimental de vigas contnuas em beto armado
com vares de GFRP
3.1 Introduo
No presente captulo apresenta-se o programa experimental, os
equipamentos e
instrumentao utilizados e as propriedades dos materiais
envolvidos nos provetes
ensaiados no mbito da presente dissertao. tambm apresentada a
concepo
das vigas ensaiadas.
O programa experimental foi definido com base na necessidade de
avaliar e
comparar o comportamento das vigas contnuas de beto armado com
vares de
GFRP e com vares de ao convencionais, quando sujeitas a esforos
de flexo. A
anlise e comparao de aspectos como a capacidade resistente, a
ductilidade, a
capacidade de redistribuio de esforos, a deformao e a abertura
de fendas, sero
discutidas com base nos resultados do programa experimental.
Todos os ensaios foram realizados no Laboratrio Regional de
Engenharia Civil
(LREC), que o Laboratrio da Regio Autnoma da Madeira.
3.2 Procedimento dos ensaios e Instrumentao utilizada
A instrumentao utilizada, a estrutura de carregamento e os
sistemas de apoio das
vigas durante os ensaios, so apresentados na Figura 3.1 e na
Figura 3.1
Todas as vigas foram submetidas a esforos de flexo atravs da
aplicao de uma
carga concentrada no meio dos vos. No carregamento das vigas
utilizou-se uma
prensa hidrulica com capacidade mxima de 1500 kN.
Figura 3.1 - Esquema geral das vigas ensaiadas
-
17
Figura 3.2 Aspecto geral do ensaio de flexo
3.2.1 Estrutura de carregamento e instrumentao das vigas
A estrutura de carregamento adoptado nas vigas e o consequente
diagrama de
momentos flectores elsticos, so apresentados na Figura 3.3.
Figura 3.3 Estrutura de carregamento e consequente diagrama de
momentos flectores elsticos
Os sistemas de apoio utilizados nos ensaios das vigas, foram
concebidos de forma a
permitir a livre rotao no plano das mesmas. Os apoios de
extremidade, admitem o
deslocamento livre da viga horizontalmente, como mostra a Figura
3.4, enquanto o
apoio central restringe o deslocamento horizontal, como ilustra
a Figura 3.5.
Figura 3.4 Apoio com possibilidade de
deslocamentos horizontais
Figura 3.5 Apoio com restrio de deslocamentos
horizontais
-
18
A instrumentao utilizada nesta campanha de ensaios foram:
Clulas de carga
Transdutores de deslocamento ou LVDTs
Vdeo extensmetro
Extensmetros elctricos
As clulas de carga utilizadas foram do tipo Novatech, da empresa
japonesa TML,
com capacidade de carga mxima de 200 kN. Estas clulas foram
colocadas na zona
dos apoios, tal como mostra a Figura 3.4 e a Figura 3.5, com o
objectivo de medir as
reaces experimentais dos apoios da viga durante os ensaios.
O somatrio das reaces resultantes das clulas de carga permite
tambm
conhecer com preciso o carregamento aplicado nas vigas, pois o
valor da carga
obtido atravs da prensa hidrulica apresenta um pequeno erro.
Este erro justifica-
se com a menor sensibilidade exibida pela prensa, quando a gama
de valores de
carregamento nas vigas so muito inferiores capacidade mxima da
prensa.
Para medir a deformao mxima nos vos das vigas foram utilizados
dois
transdutores de deslocamento ou LVDT (Linear Variable
Displacement Transducer),
com capacidade de curso de 50 mm e preciso 0,001 mm, em ambas as
seces de
aplicao da carga. A Figura 3.6 apresenta o LVDT colocado sob a
viga no ponto de
aplicao da carga.
Figura 3.6 LVDT colocado sob a viga, no ponto de aplicao de
carga
Com o objectivo de monitorizar a deformao das vigas at ao fim
dos ensaios e
evitar possveis danos nos LVDTs no momento da rotura, foram
colocados j numa
fase adiantada dos ensaios, uns suportes em madeira a meio vo,
tal como mostra a
Figura 3.7.
-
19
Figura 3.7 Suporte em madeira para proteco dos LVDT
Uma das maiores dificuldades na monitorizao dos ensaios
realizados, foi a
medio da extenso de compresso do beto, nas seces com maiores
esforos de
flexo. Como referido anteriormente, o dimensionamento destes
elementos baseia-
se na rotura por compresso do beto, sendo por isso a extenso
ltima do beto
uma propriedade fundamental na avaliao da sua capacidade
resistente.
Monitorizar o beto at rotura torna-se difcil, principalmente
devido aos
fragmentos que saltam do mesmo quando sujeito a um estado de
tenso elevado, o
que impossibilita, nestes casos a fixao de extensmetros
elctricos ao beto. Numa
tentativa de monitorizar a extenso do beto nas seces crticas das
vigas at
rotura, foi utilizado durante os ensaios de flexo a vdeo -
extensmetria com
recurso cmara MINTRON de alta resoluo existente no LREC, tal
como mostra a
Figura 3.8.
Figura 3.8 - Monitorizao da extenso do beto atravs de
vdeo-extensmetria
Assim, nas vigas armadas com vares de GFRP foram previamente
marcadas duas
linhas paralelas na face lateral das vigas e em cada nvel
pretendido para a medio
de deformao, como mostra a Figura 3.9. Estas linhas paralelas tm
como objectivo
servir de referncia para a fixao de dois pontos na imagem
(Pixis) da cmara de
-
20
alta resoluo. A distncia entre esses dois pontos medida em tempo
real e
convertida em extenso durante a realizao do ensaio.
O processo de calibrao da cmara de vdeo-extensmetria na captura
da distncia
entre os dois pontos fixados para cada nvel de medio pretendido,
ilustra-se na
Figura 3.10.
Figura 3.9 - Marcas de referncia para a cmara de
vdeo - extensmetria
Figura 3.10 Calibrao da cmara de vdeo -
extensmetria
Os valores das extenses obtidas atravs da vdeo extensmetria por
vezes no
exibem grande rigor, pois a mudana das condies de luminosidade
durante o
ensaio podem afectar os resultados experimentais dos ensaios
[28]. Assim, alguns
fornecedores de vdeo extensmetros recomendam o uso de uma luz de
fundo
brilhante e o sombreamento das janelas/portas para evitar a
mudana brusca de
luminosidade da sala dos ensaios [28]. Em todos os ensaios de
flexo das vigas,
utilizou-se uma luz de fundo com esse objectivo.
Com vista a monitorizar durante os ensaios as extenses de traco
nas armaduras
longitudinais nas seces crticas da viga, foram colados na fase
de construo das
vigas extensmetros elctricos nos vares longitudinais. Todos eles
foram do
fabricante TML e do tipo FLA-5-11-3L com capacidade mxima de
monitorizar
extenses na ordem dos 21 1.
O plano de extensmetria adoptado, nas vigas em beto armado com
vares de
GFRP, apresenta-se na Figura 3.11.
-
21
Figura 3.11 Plano de extensmetria nas vigas com vares de
GFRP
Assim, foram colados na seco do apoio central e seces de meio vo
das vigas
armadas com GFRP, um extensmetro em cada um dos dois vares
traco. No
caso da viga de referncia, apenas foi colado um extensmetro em
cada seco,
instrumentando assim unicamente um dos vares longitudinais.
Importa referir que, antes da colagem dos extensmetros foi
necessrio proceder a
um tratamento de suavizao da superfcie de algumas zonas dos
vares
longitudinais, com o intuito de remover as
nervuras/irregularidades do varo e
aumentar a fiabilidade dos resultados experimentais. A Figura
3.12 mostra essa
operao de suavizao da superfcie dos vares, enquanto, a Figura
3.13, apresenta
o extensmetro aps ser colado no varo de GFRP.
Figura 3.12 - Alisamento da superfcie dos vares
longitudinais de GFRP
Figura 3.13 - Extensmetro colado ao varo de
GFRP
De modo a proteger os componentes elctricos dos extensmetros, do
contacto com
o beto fresco, todos os extensmetros foram isolados com verniz,
como
apresentado na Figura 3.14. De seguida e para evitar possveis
danos nos
extensmetros durante a fase de betonagem das vigas, colocou-se
ainda uma camada
de um material de isolamento de impacto (neste caso silicone),
tal como mostra a
Figura 3.15.
-
22
Figura 3.14 Isolamento dos componentes
elctricos com verniz
Figura 3.15 Proteco dos extensmetros com
composto de silicone
3.2.2 Provetes cilndricos de beto confinados
Na segunda parte do programa experimental, foram realizados
ensaios de
compresso em provetes cilndricos de beto no confinados e
confinados,
construdos durante a betonagem das vigas G3-a e G3-b. Foram
ainda realizados
ensaios com vista a obter o mdulo de elasticidade do beto,
todavia, apenas no caso
dos provetes da viga G3-b.
Em consequncia de algumas irregularidades na face superior,
alguns cilindros de
beto tiveram de ser rectificados de modo a que, durante os
ensaios todo o corpo de
prova estivesse sob o mesmo estado de compresso e por
conseguinte os resultados
experimentais fossem mais fiveis e realistas. A Figura 3.16
mostra esse processo de
rectificao nos provetes cilndricos, enquanto, a Figura 3.17
apresenta a diferena
existentes faces dos provetes rectificados e os no
rectificados.
Figura 3.16 - Rectificao do topo dos provetes
cilndricos
Figura 3.17 Provetes rectificados e no
rectificados
Seguindo a norma dos ensaios de mdulo de elasticidade, as
deformaes foram
monitorizadas no tero central do provetes cilndricos, na frente
e verso dos
mesmos. A monitorizao das deformaes nas duas faces opostas dos
cilindros, tem
-
23
por objectivo garantir que os provetes encontram-se sob o mesmo
estado de tenso
(a deformao numa face no pode ser 10 % superior da face oposta)
e ainda obter a
mdia de deformaes de modo a fiabilizar os resultados
experimentais.
A preparao dos provetes cilndricos para o ensaio do mdulo de
elasticidade,
apresenta-se na Figura 3.18 e na Figura 3.19.
Figura 3.18 - Preparao do provete para o ensaio
de mdulo de elasticidade
Figura 3.19 Colocao do provete na prensa
hidrulica
Para monitorizar a deformao do beto durante os ensaios de
compresso dos
provetes cilndricos, foi utilizada novamente a cmara de
vdeo-extensmetria de
alta resoluo existente no LREC. Como dito anteriormente, este
tipo de
instrumentao por vezes no apresenta resultados de grande rigor
quando
comparado com outros tipos de instrumentos, todavia, tem a
vantagem de no
necessitar de ter contacto directo com o provete, o que permite
a monitorizao da
deformao at a rotura. Durante a realizao dos ensaios foi
colocada uma luz de
cor vermelha atrs da prensa hidrulica com o intuito de evitar a
mudana brusca de
luminosidade na zona dos ensaios, o que proporciona um maior
rigor na leitura das
deformaes. O aspecto geral dos ensaios de compresso aos provetes
cilndricos de
beto apresentado, na Figura 3.20 e na Figura 3.21.
Para servir de referncia cmara de vdeo extensmetria, foram
colados nas duas
faces laterais e opostas dos provetes de beto dois clipes
afastados de 100 mm, tal
como apresenta a Figura 3.21. A colocao de um clipe em cada face
do cilindro teve
por objectivo obter a mdia da deformao nas duas faces paralelas
dos cilindros. De
referir que as deformaes foram observadas no tero central dos
provetes
cilndricos de beto, pois nessa regio que a relao tenso -
deformao
aproxima-se do beto dos elementos estruturais.
-
24
Figura 3.20 Monitorizao da deformao do
beto atravs da vdeo - extensmetria
Figura 3.21 Marcas de referncia para a cmara
de vdeo - extensmetria
Finalmente, refira-se que, excepo da cmara de vdeo-extensmetria,
os registos
da restante instrumentao utilizada durante os ensaios, foram
feitas atravs do
data logger field point FP-2000 da National Instruments [29], ao
qual foi acoplado o
mdulo FP-SG-140 para leitura dos extensmetros elctricos, LVDTs e
clulas de
carga, como ilustra a Figura 3.22. A aquisio dos dados foi feita
por computador
porttil, por intermdio de um software criado em LabVIEW
[30].
Figura 3.22 Data Logger Field Point (leitura da instrumentao
utilizada nos ensaios)
3.3 Preparao das vigas
Todas as vigas ensaiadas no presente trabalho foram construdas
na Prebel, S.A.,
empresa que se dedica a produo de pr-fabricados na Regio Autnoma
da
Madeira. Algumas fotografias da fase de construo destas vigas so
apresentadas da
Figura 3.23 Figura 3.30.
Luz vermelha
para melhor
contraste
-
25
Figura 3.23 Cofragem em madeira
Figura 3.24 - Preparao das armaduras
Figura 3.25 Colocao e proteco dos extensmetros
Figura 3.26 Armadura colocada na cofragem
Figura 3.27 Betonagem e vibrao do beto
Figura 3.28 Preparao dos provetes cbicos
Figura 3.29 - Acabamento da face superior da viga
Figura 3.30 Descofragem e armazenamento das vigas
-
26
3.4 Descrio das sries experimentais
O programa experimental definido no mbito da presente trabalho,
consiste na
realizao de uma campanha de ensaios em provetes escala reduzida
de vigas
contnuas de beto com seco em T, com o objectivo de estudar o
seu
comportamento flexo destas quando armadas com longitudinalmente
com vares
de GFRP.
Para a realizao deste estudo experimental foram construdas 3
sries de vigas
contnuas em beto armado com vares de fibra de vidro, todas elas
com variveis e
objectivos de estudo diferentes. Foi ainda construdo e ensaiado
outra srie de vigas
constituda por uma viga de referncia em beto armado com vares de
ao, para
efeitos de comparao. Com vista a aumentar a fiabilidade dos
resultados
experimentais, optou-se por construir e ensaiar duas vigas para
cada tipo de srie,
exceptuando o caso da viga R.
Todas as vigas includas neste estudo experimental tm seco
transversal em T com
0,1x0,08 m2 de alma e 0,3x0,04 m2 de banzo de compresso, tal
como ilustrado na
Figura 3.30. Estas vigas tm um comprimento de 2,2 m e pesam
cerca de 110 kg.
Refere-se que, como o objectivo deste trabalho estudar o
comportamento flexo
de vigas contnuas, utiliza-se em todas uma elevada percentagem
de armadura de
esforo transverso, constituda por estribos em ao de dimetro de 6
mm espaados
de 0,06 m. Deste modo a preveniu-se a rotura prematura das vigas
por esforo
transverso. No banzo das vigas, devido s reduzidas dimenses, no
foi possvel
moldar os estribos, tendo-se utilizado 2 vares de ao com dimetro
6 mm
espaados igualmente de 0,06 m, como mostra a Figura 3.24 e a
Figura 3.25.
Em todas as vigas dos 4 grupos os vares longitudinais tm 1,6 cm
de beto de
recobrimento.
3.4.1 Viga de referncia (Viga R)
O primeira srie composto por uma viga de referncia em beto
armado com os
vares de ao convencionais, intitulada de viga R. Conforme a
pormenorizao
indicada na Figura 3.31, a viga de referncia tem na zona face
superior 2 vares de
dimetro 6 mm (rea = 0,57 cm2) e na face inferior 2 vares de
dimetro 8 mm (rea
= 1,01 cm2).
-
27
Figura 3.31 - Pormenorizao da viga R
Figura 3.32 - Preparao das armaduras da
viga R
A viga de referncia tem como objectivo servir de comparao na
avaliao do
comportamento estrutural de vigas contnuas armadas
longitudinalmente com
vares de ao e com vares de GFRP. Neste sentido, a comparao de
aspectos como
a capacidade de carga, a deformao, a fissurao, a possvel formao
de rtulas
plsticas nas zonas de maior esforo e por conseguinte a
capacidade de
redistribuio de esforos da viga, permite avaliar o benefcio do
uso de vares de
GFRP nas vigas de beto.
3.4.2 Vigas em beto armado com vares de GFRP (srie G1)
A segunda srie de vigas definida no programa experimental,
composta por 2 vigas
contnuas de beto armado longitudinalmente com vares de GFRP,
denominadas
por viga G1-a e viga G1-b.
Esta srie tem como principal objectivo, avaliar o comportamento
destas vigas
quando adoptado o dimensionamento elstico ao estado limite ltimo
de flexo, para
uma carga de projecto equivalente da viga de referncia. Com base
neste
dimensionamento, surge a pormenorizao indicada na Figura
3.33.
As vigas G1-a e G1-b, tal como mostra a Figura 3.34, so armadas
longitudinalmente
com vares de GFRP (polmeros reforados com fibra de vidro). Na
face superior as
vigas possuem uma rea de 2,26 cm2, proveniente de 2 vares de
dimetro 12 mm.
Na face inferior, as vigas tm uma rea de 1 cm2, devido a 2 vares
longitudinais de
dimetro 8 mm.
-
28
Figura 3.33 - Pormenorizao da srie de vigas G1
Figura 3.34 Armaduras da srie de vigas G1
3.4.3 Vigas em beto armado com vares de GFRP (srie G2)
A terceira srie de vigas, igualmente constituda por 2 vigas de
beto armado com
vares de GFRP, com a designao de G2-a e G2-b. Esta srie de vigas
tem como
objectivo principal, avaliar o grau de ductilidade das vigas
contnuas com vares de
GFRP e consequentemente o nvel de redistribuio de esforos nestes
elementos.
Em relao a srie de vigas G1, nesta srie, apenas inverteram-se a
posio dos
vares longitudinais, tal como mostra a pormenorizao na Figura
3.35. Na prtica,
tal corresponde a diminuir o momento resistente das vigas no
apoio central e
aumentar o momento resistente dos vos forando assim, se possvel,
as vigas a uma
eventual redistribuio de esforos do apoio central para os vos,
mediante uma
eventual formao de rotula plstica no apoio central.
Figura 3.35 - Preparao da betonagem da viga
G2
Figura 3.36 - Pormenorizao da seco da srie de
vigas G2
De acordo com a pormenorizao apresentada na Figura 3.36,
passou-se a ter na
zona de momentos negativos (apoio central) uma rea de GFRP traco
de 1 cm2,
correspondente 2 vares de dimetro 8 mm, enquanto, na zona de
momentos
-
29
positivos (vo esquerdo e direito), uma rea de GFRP traco de 2,26
cm2,
fornecidos por 2 vares de dimetro 12 mm.
3.4.4 Vigas em beto armado com vares de GFRP (srie G3)
Uma questo pertinente na avaliao da ductilidade nas vigas em
beto armado com
vares de GFRP, saber se nas regies mais esforadas o beto em
compresso
possui capacidade de deformao plstica (ductilidade) suficiente
para formar as
chamadas rtulas plsticas, validando assim para estes elementos
as teorias de
dimensionamento baseadas na anlise elstica com redistribuio de
momentos
flectores e na anlise plstica.
A capacidade de deformao plstica (extenso mxima) no beto nas
seces
crticas da viga e a sua resistncia compresso, condiciona
predominantemente o
grau de redistribuio de esforos e a capacidade de explorar a
maior resistncia das
vigas contnuas armadas com vares de GFRP.
Com o objectivo de aumentar a capacidade de deformao plstica
(ductilidade) do
beto compresso nas seces crticas, e por conseguinte a capacidade
de
redistribuio de esforos das vigas G2, na srie de vigas G3
(mesma
pormenorizao) foram colocados estribos mais pequenos e espaados
a 0,03 m na
zona do apoio central, tal como mostra a Figura 3.37.
Figura 3.37 Pormenorizao do confinamento do beto na zona central
das vigas G3
Com o maior confinamento do beto, pretende-se incrementar a
capacidade de
rotao plstica da seco do apoio central e consequentemente a
capacidade de
redistribuio de esforos/ductilidad