A utilização direta de pesos livres foi inicialmente prevista no desenvolvimento do novo equipamento de fluência de geossintéticos. Percebeu-se que o nível de carregamento a ser aplicado nos corpos de prova impossibilitaria o uso desse sistema como idealizado a princípio. Assim, apesar de ter sido mantido o uso de pesos livres, algumas alterações foram propostas para facilitar o emprego de carregamentos mais elevados. Inicialmente, foi sugerida a utilização de um sistema de alavanca automatizado, tecnologia já em funcionamento no Laboratório de Geossintéticos. Seria elaborada uma nova configuração que atendesse às exigências desse novo sistema. A Figura 3.2 apresenta a proposta de uso de alavancas para a aplicação do carregamento.
A inserção de uma alavanca para aplicação da solicitação de tração no corpo de prova faz uso de um princípio simples para multiplicar o carregamento aplicado pelos pesos livres. Contudo, para a manutenção de uma solicitação constante no corpo de prova, é necessário que a alavanca permaneça nivelada horizontalmente durante todo o ensaio de fluência. Um motor elétrico é, portanto, previsto para ajustar a posição da alavanca, uma vez que as deformações por fluência do corpo de prova provocarão um desnivelamento na mesma.
Um sensor de contato instalado no braço de alavanca aciona o motor elétrico quando o nivelamento horizontal é perdido. A ativação do motor elétrico movimenta a polia móvel, destacada na Figura 3.2, para baixo, até que a alavanca atinja o nível horizontal novamente e toque no sensor de contato.
Figura 3.2 – Proposta de sistema de alavanca para aplicação da solicitação de tração no corpo de prova.
O sistema de alavanca apresenta algumas desvantagens. Primeiramente, devido ao uso do motor elétrico para correção da posição da alavanca, é necessário um fornecimento de energia elétrica contínuo. Em segundo lugar, uma vez que o novo equipamento para ensaios de fluência em geossintéticos prevê a aplicação do carregamento por ambas as extremidades dos corpos de prova, dois conjuntos de alavancas seriam utilizados. Assim, limitações no espaço físico do laboratório restringiram o uso desse sistema.
Como alternativa para elevar as solicitações de tração com o uso de pesos livres, optou-se por instalar uma associação de polias. Dessa forma, foi adotado um conjunto de polias móveis e fixas, numa configuração conhecida por cadernal ou moitão. Esse sistema é compacto e resulta em uma vantagem mecânica igual ao dobro do número de polias móveis utilizadas. Adicionalmente, cada polia e o cabo empregados são submetidos a solicitações iguais. Verificou-se, a partir de cálculos preliminares, que seria necessário utilizar uma associação com três móveis e duas fixas. A Figura 3.3 ilustra o efeito de um conjunto com esse número de polias e apresenta os elementos adotados no projeto do novo equipamento de fluência em geossintéticos. Célula de carga Relógio comparador Câmara de ensaio com meio
confinante Corpo de prova Garra Pesos livres Alavanca Motor elétrico Polia móvel
Figura 3.3 – a) Efeito da associação de cinco polias (três móveis e duas fixas); b) Elementos adotados no projeto do novo equipamento de fluência em geossintéticos para elevar a solicitação de tração aplicada por pesos livres.
A configuração ilustrada na Figura 3.3 utiliza dois grupos de polias. O grupo de polias móveis é formado por três elementos e deverá estar conectado ao corpo de prova por meio de um cabo de aço e garra. Duas polias fixas compõem o segundo grupo, que deverá ser conectado à estrutura do novo equipamento por meio de parafusos. Embora apresente uma vantagem mecânica teórica igual a 6, o peso próprio do conjunto de polias móveis conduz a um valor diferente. Assim, a vantagem mecânica deverá ser determinada a partir de um processo de calibração. O aspecto final do sistema de aplicação do carregamento auxiliado pelo conjunto de polias é ilustrado na Figura 3.4.
Figura 3.4 – Proposta para o sistema de aplicação do carregamento com auxílio da associação de polias. a) F F/3 F/3 F/3 F/6 F/6 F/6 F/6 F/6 F/6 F/3 F/3 Polias móveis Polias fixas b) Célula de carga Relógio comparador Câmara de ensaio com meio
confinante Corpo de prova Garra Pesos livres Polias fixas Polias móveis
3.2.2. Garras
A concepção inicial do novo equipamento prevê a utilização de garras do tipo mordente. Essas garras estão sujeitas ao deslizamento relativo entre as mesmas e os corpos de prova durante a aplicação do carregamento e, também, ao longo dos ensaios de fluência. Essa condição se torna ainda mais influente quando cargas mais elevadas são aplicadas aos corpos de prova. Com o propósito de contornar este empecilho, as garras do tipo mordente propostas inicialmente foram substituídas por garras do tipo rolete, que permitem a fixação do corpo de prova com maior segurança em relação ao deslizamento relativo garra-corpo de prova. Adicionalmente, as garras do tipo rolete serão montadas sobre trilhos que permitam baixo atrito. A Figura 3.5 ilustra a garra do tipo rolete adotada.
Figura 3.5 – Garra do tipo rolete adotada no novo equipamento para realização de ensaios de fluência de geossintéticos.
A utilização de garras do tipo rolete levou à mudança do posicionamento das mesmas em relação à câmara de ensaio. Assim, o conjunto das garras e dos trilhos foi posicionado no lado externo da câmara de ensaio, nas duas extremidades da bancada, possibilitando uma amplitude maior de movimento das garras e maiores deformações nos corpos de prova. A localização das células de carga também foi alterada para acomodar a nova garra. O novo posicionamento destes elementos é apresentado na Figura 3.6
Garra
Figura 3.6 – Posicionamento da garra do tipo rolete e da célula de carga adotado no novo equipamento para realização de ensaios de fluência em geossintéticos.