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Deformacoes Nas Ligacoes

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  • Cadernos de Engenharia de Estruturas, So Carlos, n. 17, p. 29-57, 2001

    ANLISE ESTRUTURAL DE PRTICOS PLANOS DE ELEMENTOS PR-FABRICADOS DE CONCRETO

    CONSIDERANDO A DEFORMABILIDADE DAS LIGAES

    Anamaria Malachini Miotto Soares 1 & Joo Bento de Hanai 2

    R E S U M O

    Os sistemas pr-fabricados vm conquistando espao em todo o Brasil. Dentre eles, os prticos planos de elementos pr-fabricados de concreto com sistema estrutural para telhado de duas guas, comumente denominados de galpes, tem sido amplamente aplicados. Os galpes, como a maioria das estruturas pr-moldadas de concreto, apresentam suas ligaes, em maior ou menor grau, deformveis. Portanto, este artigo refere-se ao estudo da deformabilidade flexo de uma de suas ligaes: a ligao viga-pilar executada atravs de consolo e chumbador, e da sua influncia na distribuio dos esforos solicitantes destas estruturas. Neste sentido, foram realizadas simulaes numricas, com o emprego do Mtodo dos Elementos Finitos e ensaios fsicos. Atravs do ensaio fsico realizado no modelo da ligao viga-pilar foi possvel determinar sua deformabilidade flexo e observar seu modo de ruptura. As simulaes numricas foram realizadas tanto para obter teoricamente o valor da deformabilidade flexo da ligao em anlise, como para avaliar sua influncia no comportamento estrutural dos galpes pr-moldados. Palavras-chave: pr-moldado de concreto; ligaes; prticos planos; deformabilidade.

    1 INTRODUO

    No Brasil, os sistemas pr-fabricados vm conquistando espao. Este avano consolida o consenso de que sistemas de componentes (fundaes, pilares, vigas, lajes, cobertura, fechamento lateral, etc.) atendem, de modo satisfatrio e eficiente, s exigncias de economia, prazo e qualidade tcnica requeridas por edificaes destinadas a vrias funes, em especial as que contemplam amplos espaos, como no caso de edifcios industriais. Os galpes de elementos pr-fabricados de concreto, com sistema estrutural de prticos para telhado de duas guas (Figura 1), tm sido amplamente aplicados em todo o Brasil, apresentando muito boa funcionalidade e competitividade econmica. Normalmente so destinados a indstrias, depsitos comerciais,

    1 Mestre em Engenharia de Estruturas, EESC-USP, anamaria@sc.usp.br 2 Professor Titular do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, jbhanai@sc.usp.br

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    almoxarifados, oficinas, construes rurais, etc. Estas construes caracterizam-se por serem edificaes trreas, com grandes dimenses em planta, sem apoios intermedirios. Tais caractersticas facilitam a modulao e a tipificao destas construes, justificando a grande parcela que elas representam no universo das construes pr-fabricadas. O sistema construtivo tem sido disseminado enormemente, sobretudo entre os fabricantes que j produziam elementos leves, como elementos pr-fabricados para lajes de forro e piso. Dada a grande responsabilidade que se passa a assumir em estruturas que podem atingir at 30 m de vo, h necessidade de uma definio mais clara dos mtodos de anlise estrutural e o esclarecimento dos fabricantes e usurios sobre os cuidados imprescindveis a serem tomados no projeto, na execuo, no uso e na manuteno dessas construes.

    Figura 1 - Sistema estrutural de prticos para telhado de duas guas.

    Os prticos, juntamente com os elementos portantes secundrios, formam o esqueleto resistente do sistema construtivo, no qual so fixados os elementos de cobertura e fechamento lateral. Decompondo-se o prtico pelos ns, tem-se elementos retos vigas e pilares. A unio destes elementos normalmente considerada pelos projetistas na forma de ligaes perfeitamente rgidas ou de ligaes perfeitamente articuladas. No entanto, normalmente, as ligaes entre elementos pr-moldados de concreto se comportam, de um modo mais realista, como sendo ligaes deformveis, cujo comportamento diferente para cada forma ou mecanismo de ligao. A considerao da deformabilidade das ligaes muito importante para que a anlise estrutural esteja o mais prximo possvel do comportamento real da estrutura. dentro deste contexto que se insere a pesquisa desenvolvida por SOARES (1998). Pelo seu desenvolvimento, buscou-se uma avaliao mais verossmil do comportamento do sistema estrutural de prticos planos de elementos pr-fabricados de concreto, considerando a deformabilidade de suas ligaes, o que poder, inclusive, proporcionar melhoramentos para os sistemas construtivos existentes comercialmente. Para isto, foram realizados ensaios fsicos e simulaes numricas (com o emprego do Mtodo dos Elementos Finitos) para o estudo da deformabilidade das ligaes e da sua influncia na magnitude e na distribuio dos esforos solicitantes.

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    sabido que as ligaes entre o pilar e a fundao, entre a viga e o pilar e entre as vigas so todas, em maior ou menor grau, parcialmente rgidas. Para o desenvolvimento de uma anlise aprofundada sobre o comportamento de um sistema construtivo deve ser realizado um estudo de todas as ligaes nele presentes e suas influncias no comportamento deste sistema. A pesquisa desenvolvida por SOARES (1998), contudo, teve como limitao de abrangncia, o estudo apenas da ligao viga-pilar executada atravs de consolo e chumbador (Figura 2), usualmente empregada nas estruturas dos galpes. A ligao viga-viga foi tratada como uma articulao e os pilares foram considerados engastados na fundao.

    Figura 2 - Ligao viga-pilar executada atravs de consolo e chumbador.

    Muitos trabalhos relacionados rigidez parcial das ligaes entre elementos pr-moldados de concreto foram e esto sendo desenvolvidos no exterior. No Brasil, contudo, esta linha de pesquisa ainda est em fase inicial. Wilson e Moore, que em 1917 realizaram testes para determinar a rigidez de ligaes viga-pilar rebitadas em estruturas metlicas, so considerados os pioneiros no estudo das ligaes semi-rgidas. No mbito das estruturas pr-moldadas de concreto cita-se, como precursor, o programa de pesquisa experimental em ligaes de estruturas pr-moldadas de concreto realizado na dcada de 60 pela Portland Cement Association (PCA). Depois dele outros estudos foram realizados. Dentre eles convm mencionar o projeto PCI-SFRAD (Specially Funded Research and Development), fundado em 1986 com um programa de pesquisa intitulado Moment Resistant Connections and Simple Connections. Em 1990 a indstria de pr-moldados da Frana (French Precast Concrete Industry) iniciou um programa de pesquisa intitulado: Investigation of the Behaviour of the Semi-rigid Connections. Ensaios relacionados ligao em estudo no foram encontrados na literatura. No entanto, ENGSTROM (1985) realizou testes em modelos em escala natural, da ligao viga-pilar articulada realizada com apoio da viga sobre o pilar com elastmero no fretado e chumbador. Esta ligao semelhante a em estudo. FERREIRA (1997) em seu trabalho de Doutorado, que se encontra em andamento, est realizando ensaios de cisalhamento, flexo e toro em modelos desta ligao. Existe tambm uma grande preocupao por parte dos pesquisadores em se estudar no s o comportamento das ligaes semi-rgidas, mas a influncia de sua rigidez parcial na estabilidade das estruturas pr-moldadas de concreto. Isto porque na maioria das vezes, as ligaes viga-pilar nestas estruturas so consideradas

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    articulaes e na verdade elas possuem, em maior ou menor grau, uma certa rigidez. LINDBERG & KERONEN (1992) desenvolveram um estudo da estabilidade de prticos pr-moldados de concreto comumente utilizados para a execuo de indstrias e galpes comerciais, cujas ligaes viga-pilar so executadas com aparelhos de apoio de elastmero. VIRDI & RAGUPATHY (1992) realizaram uma srie de ensaios em estruturas pr-moldadas de concreto para estudar sua estabilidade, utilizando 5 tipos de ligaes viga-pilar diferentes. ELLIOTT et alii (1992) realizaram 14 ensaios, em escala natural, em ligaes laje-viga-pilar para obter seus diagramas momento-rotao. Com a rigidez parcial das ligaes determinada, os autores desenvolveram um estudo terico para avaliar a influncia da semi-rigidez das ligaes na estabilidade da estrutura.

    2 ESTUDO EXPERIMENTAL

    2.1 Consideraes iniciais

    O estudo experimental realizado por SOARES (1998) consistiu na execuo de dois ensaios. Primeiramente realizou-se um ensaio de arrancamento em chumbador inserido no concreto, visando a observao de sua deformabilidade trao. Posteriormente, um modelo da ligao em anlise foi ensaiado com o objetivo de observar seu comportamento e sua deformabilidade flexo. No presente artigo apenas foi descrito o ensaio realizado no modelo da ligao viga-pilar.

    2.2 Ensaio do modelo da ligao viga-pilar (EML)

    2.2.1 Caractersticas do modelo Confeccionou-se um modelo simtrico (Figura 3) pela facilidade de montagem e execuo do ensaio e por este fato no prejudicar a anlise dos resultados.

    FIGURA 3 - Modelo utilizado no ensaio da ligao viga-pilar (dimenses em cm).

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    As dimenses do modelo e o posicionamento e o comprimento dos chumbadores foram definidos com base em plantas de frma da Empresa CSM - Componentes, Sistemas e Mquinas para Concreto e tambm atravs da observao de galpes j executados. A espessura das peas foi de 25,0 cm e o dimetro dos chumbadores foi de 19,05 mm, adotado em funo d