3.5.1 Temperatura ambiente
Nos ensaios de flexão a quatro pontos das vigas simplesmente apoiadas à temperatura ambiente, as forças foram aplicadas por controle de deslocamentos, a uma taxa de 0,001 mm/s. Após a aparição da primeira fissura de flexão, os ensaios passavam a ser interrompidos eventualmente a cada 5 kN de força total aplicada à viga, a fim de que a evolução das fissuras pudesse ser registrada. Assim, as fissuras eram demarcadas na viga ensaiada e também eram anotados os seus respectivos comprimentos ao longo da altura e as aberturas (essas verificadas por meio de uma régua medidora de fissuras, também conhecida como fissurômetro).
Dois desses ensaios foram levados até a ruína total (colapso real) das vigas de concreto armado para que o carregamento máximo e o modo de ruptura esperados pudessem ser efetivamente comprovados e para checar se o colapso final da viga poderia de alguma maneira danificar o forno nos ensaios subsequentes. Apenas um deles não foi conduzido até esse estágio, para salvaguardar duas células de carga que foram posicionadas junto às chapas de aço de distribuição de forças, porém a viga ensaiada já estava muito próxima da ruína total. Essas células, modelo CLC-20A TML com 200 kN de capacidade, foram utilizadas somente em um ensaio para certificar que a força total proveniente do macaco hidráulico estava sendo igualmente distribuída nos dois pontos de aplicação.
3.5.2 Situação de incêndio
Nos ensaios em situação de incêndio, aplicava-se lentamente à viga de concreto armado, antes do forno ser acionado, uma força total inicial que correspondia a 50% da carga última de
projeto à temperatura ambiente. Após a aplicação dessa força é que se dava o início do aquecimento, de modo que tal força era mantida ao longo de todo o ensaio de exposição a temperaturas elevadas19. O forno elétrico programado para seguir a curva de incêndio-padrão ISO 834 (1999) realizava o aquecimento da viga de concreto até o instante em que eram atingidos os dois critérios estabelecidos para a finalização desses ensaios. Neste texto, tais critérios de finalização são denominados “critérios de ruptura”. No entanto, é oportuno esclarecer que esses critérios não caracterizam, necessariamente e na maior parte dos casos, o instante do colapso/ruptura real das vigas ensaiadas, que consistiu no critério adotado para a finalização dos ensaios à temperatura ambiente. Logo, são critérios adotados por consenso da comunidade acadêmica para os ensaios de resistência ao fogo, em que se denomina “ruptura” a situação em que a viga ensaiada atinge os limites que serão descritos na presente seção. O primeiro critério de ruptura consistiu no critério de deslocamentos ou de flechas máximas, definido de acordo com a norma EN 1363 parte 1 (1999) e, por simplificação, denominado ao longo desta Tese sob o título de “critério de deslocamentos”. Essa norma estabelece que o ensaio deve ser finalizado quando atingidos dois valores limites: (1) o do deslocamento vertical a meio vão da viga ensaiada (flecha), vide Equação 3.1; (2) e o da velocidade de aumento desse deslocamento vertical, Equação 3.2, sendo que esse último precisa ser monitorado somente após ter sido atingido o deslocamento vertical apresentado na Equação 3.3. Tais valores limites são definidos com base na altura efetiva da seção e no comprimento do vão da viga. Considerando que as vigas de concreto armado ensaiadas tinham uma distância entre apoios igual a 3000 mm e altura efetiva de 264 mm, admitia-se que elas tinham atingido a ruptura em termos de deslocamentos quando a flecha era maior que 85 mm e quando a taxa de aumento das flechas se mostrava superior a 3,78 mm/min, sendo que essa taxa passava a ser calculada quando a flecha tinha chegado aos 100 mm.
19 Apenas nos ensaios T_ka0_kr0_1 e T_ka0_kr0_2 essa carga não foi mantida ao longo da etapa de aquecimento, pois uma vez que o objetivo desses consistia em analisar os campos térmicos das vigas de concreto armado, pretendia-se que eles tivessem maior duração. Porém, da mesma forma que os outros, a carga inicial foi aplicada para posicionar devidamente o sistema de redistribuição de forças e a manta na face superior da viga de concreto armado ensaiada e assim estabelecer condições de contorno similares às demais.
𝑑𝑣 = 𝑙2 400𝑑 ∴ 𝑑𝑣 = 30002 400 × 264∴ 𝑑𝑣 = 85 𝑚𝑚 Equação (3.1) 𝑑𝑑𝑣 𝑑𝑡 = 𝑙2 9000𝑑 ∴ 𝑑𝑑𝑣 𝑑𝑡 = 30002 9000 × 264 ∴ 𝑑𝑑𝑣 𝑑𝑡 = 3,78 𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛 Equação (3.2) 𝑑𝑣 = 𝑙 30∴ 𝑑𝑣 = 3000 30 ∴ 𝑑𝑣 = 100 𝑚𝑚 Equação (3.3) onde:
d = altura efetiva da viga ensaiada [mm];
dv = deslocamento vertical a meio vão (flecha) da viga ensaiada [mm];
ddv/dt = velocidade ou taxa de aumento do deslocamento vertical a meio vão da viga ensaiada [mm/min];
l = comprimento do vão da viga ensaiada [mm].
O segundo critério de ruptura definido foi aquele em termos de capacidade resistente. Esse critério estabelece que a ruptura da viga de concreto armado ensaiada é atingida quando o valor da força de restrição axial retorna ao seu valor inicial, i.e., quando ela volta a ser igual a zero. Em outras palavras, admite que a viga ensaiada atinge a ruptura quando a deterioração das propriedades mecânicas dos seus materiais e da sua rigidez é tão elevada que ela não mais é capaz de resistir às forças aplicadas. O mesmo já foi abordado anteriormente em Albuquerque et al. (2016, 2017a, 2017b).
Como ainda poderá ser visto ao longo deste capítulo, na apresentação dos resultados, o critério de ruptura por deslocamentos foi na maioria dos casos atingido antes do critério de capacidade resistente das vigas ensaiadas. Para salvaguardar os equipamentos do LEME e, sobretudo, para garantir a segurança ao longo dos ensaios de exposição ao fogo, nem sempre foi possível conduzir os mesmos até ter sido verificado o critério de ruptura em termos de capacidade resistente.
Por fim, é válido citar que devido ao esquema estático das vigas de ensaio (flexão a quatro pontos), a carga última de projeto à temperatura ambiente é igual ao valor de cálculo da sua
capacidade resistente à flexão (momento resistente). Essa capacidade resistente à temperatura ambiente foi calculada com base nas precrições do Eurocode 2 parte 1-1 (2004) 20, resultando em, aproximadamente, 17 kN m. Sendo assim, ao longo dos ensaios ao fogo, aplicavam-se às vigas de concreto armado duas forças de 8,5 kN. A porcentagem de 50% foi estipulada para que os ensaios de exposição ao fogo tivessem curta duração, assim previnindo o desenvolvimento de temperaturas muito elevadas, que poderiam acabar por comprometer os equipamentos utilizados para a instrumentação. Além disso, Laím (2013) esclarece que os níveis de carregamento atuantes nos elementos estruturais presentes na maior parte dos edifícios submetidos a uma situação excepcional variam de 20 a 50% do valor da carga última de projeto. Logo, supõe-se que 50% seja um nível a favor da segurança.