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As barras de aço das estruturas de concreto armado também estão sujeitas à fadiga em função de carregamento cíclico.

Defeitos locais devido à corrosão ou a falhas do processo de fabricação produzem concentração de tensões, gerando deformações plásticas localizadas, chamadas pontos de nucleação, com a conseqüente abertura de micro-fissuras (BARSON et ROLFE, 1987). As aberturas destas micro-fissuras vão progredindo em razão do carregamento cíclico até que a área remanescente não suporte mais o carregamento, quando ocorre a ruptura repentinamente.

A resistência à fadiga dos aços para concreto armado depende de vários fatores como (CEB, 1988); (MALLET, 1991):

• conformação superficial das barras: as nervuras das barras de alta aderência reduzem a resistência à fadiga devido à concentração de tensões em comparação com as barras lisas;

• diâmetro das barras: a resistência à fadiga das barras reduz com o aumento do diâmetro. A resistência à fadiga de uma barra φ 40mm é 25% menor do que a resistência à fadiga de uma barra de φ 16 mm;

• curvatura das barras: as tensões localizadas nas curvaturas das barras diminuem a resistência à fadiga;

• amplitude da flutuação de tensão: o número de ciclos que ocasiona a fadiga em uma barra é maior quanto menor for a amplitude da flutuação de tensões na armadura;

• tipo de aço CA25 ≠ CA50; • emendas;

• ancoragens.

Ensaios de fadiga de barra ao ar

Os ensaios de fadiga de barras ao ar feitos nesta pesquisa contaram com a colaboração do Prof. Dr. Miguel A. Buelta Martinez (MARTINEZ, 2002) que, na mesma ocasião, estava desenvolvendo um estudo de fadiga de barras de aço CA50 φ10mm, φ ½ ” e φ16mm para concreto armado. Um resumo dos resultados destes ensaios com as respectivas curvas de Wöhler estão mostradas no ANEXO C.

Para cada bitola de aço MARTINEZ (2002) fez sete 7 ensaios, realizados com corpos de prova constituídos de trechos de barra de comprimento igual a 700 mm, sem concreto, conhecidos como “ensaios ao ar”. Procurou-se escolher a variação de tensão, de tal forma que 4 ensaios tivessem um número de ciclos até a ruptura menor que 2,0 milhões e 3 ensaios um número de ciclos acima desse valor. Destes últimos, 2 ensaios seriam realizados para algo em torno de 2,0 milhões de ciclos e 1 ensaio para algo ao redor de 5,0 milhões de ciclos.

O valor da amplitude da variação da tensão aplicada, correspondente a 2,0 milhões de ciclos para a ruptura, é especialmente importante, pois serve de base para a Revisão da NBR 6118/2002.

A freqüência dos ensaios foi de 10 Hz. A NBR 7478 recomenda para essa freqüência um valor entre 4 Hz e 6 Hz, mas não se pode esquecer que essa norma se aplica a ensaios realizados com a barra embebida no concreto, onde os corpos de

prova são maiores e mais pesados, com baixas freqüências naturais de vibração. Já o projeto de norma MERCOSUL/1996, para ensaios da barra ao ar, como é este caso, recomenda ensaios feitos com freqüência de 3 a 10 Hz. Como afirma MARTINEZ (2000), é possível mostrar que a freqüência natural em vibração longitudinal do trecho de barra que forma o corpo de prova é muito superior a 10 Hz, não havendo, portanto, qualquer problema de amplificação dinâmica das forças aplicadas, justificando-se, com sobras, a utilização dessa freqüência.

Os ensaios de fadiga de MARTINEZ e, conseqüente o traçado da Curva de Wöhler, foram realizados para diferentes valores de amplitude da variação da tensão aplicada, mas mantendo-se sempre a carga máxima do ensaio constante, correspondente a uma tensão máxima aplicada igual a 80% da tensão de escoamento da barra. Esta situação está esquematizada na Figura abaixo, onde ffad,n é a amplitude

de variação das tensões que levou à ruptura por fadiga em n ciclos.

106 f_fad,k 2x106 n 104 ₁₀5 σ_s f_y 0,8f_y amplitude ∆σ s σ_s,max σ_s,min

Figura 5.14 Variação das tensões nos diferentes ensaios, com σmax constante

Para o desenvolvimento do programa experimental desta tese, foram pesquisadas as seguintes normas que consideram a fadiga de barras de aço para concreto armado: norma Inglesa BS 4449/88, norma alemã DIN 488 P1/84, norma brasileira, NBR 7478/82 e o projeto de norma do MERCOSUL/1996. Foram pesquisados também os Relatórios Técnicos de ensaios de fadiga de barra ao ar,

feitos pelo Laboratório de Ensaios Mecânicos do Centro Tecnológico da Aeronáutica CTA (MATOS, 1995) e pelo Laboratório de Estruturas e Materiais Estruturais – LEM, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (MARTINEZ, 2002).

A NBR 7478 – Método de ensaio de fadigas de barras de aços para concreto armado, de 1982, prescreve que os ensaios de fadiga sejam feitos em corpos de prova padronizados, ou seja, vigas de concreto armado, simplesmente apoiadas, submetidas a carregamentos cíclicos com freqüência fixa entre 4 e 6 Hz.

O limite de fadiga é determinado pelo traçado da curva de Wöhler, a qual deve ter no mínimo cinco pontos e a tensão máxima deve corresponder a 80% da tensão de escoamento do aço à tração no ensaio estático.

A norma alemã DIN 488 P1/84 também determina que os ensaios de fadiga sejam feitos em vigas de concreto armado, simplesmente apoiadas, diferenciando da NBR 7478 somente pelo formato do corpo-de-prova.

Os ensaios de fadiga pelas normas brasileira e alemã requerem que os testes sejam feitos em vigas de concreto armado, enquanto que, pela norma inglesa e pelo projeto de norma do MERCOSUL/1996, bastam ensaios de barra ao ar.

O critério de aprovação ou rejeição da Norma Inglesa BS 4449/88, está relacionado com a capacidade do material suportar um número mínimo de ciclos (cinco milhões de ciclos), em condições especificadas pela norma, não requerendo nenhum gráfico ou cálculo do limite de fadiga.

Para a determinação da curva de Wöhler das barras de aço ensaiadas nesta pesquisa, adotaram-se, de uma maneira geral, os critérios da norma Inglesa BS 4449/88 e do projeto de norma do MERCOSUL/1996, ou seja, ensaios de fadiga em barras ao ar.