UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL
ANLISE EXPERIMENTAL DE TRELIAS MISTAS
COM PERFIS TUBULARES
SINEVAL ESTEVES PEREIRA JUNIOR
ORIENTADORA: Prof. Dr. Arlene Maria Sarmanho Freitas
Dissertao apresentada ao Programa de
Ps-graduao do Departamento de
Engenharia Civil da Escola de Minas, da
Universidade Federal de Ouro Preto, como
parte integrante dos requisitos para
obteno do ttulo de Mestre em
Engenharia Civil, rea de concentrao:
Construo Metlica.
Ouro Preto-MG
Dezembro, 2011
Catalogao: [email protected]
P436a Pereira Junior, Sineval Esteves.
Anlise experimental de trelias mistas com perfis tubulares
[manuscrito] / Sineval Esteves Pereira Junior - 2011.
xvii, 76f.: il. color.; graf.; tab.
Orientadora: Prof Dr Arlene Maria Sarmanho Freitas.
Dissertao (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de
Minas. Departamento de Engenharia Civil. Programa de Ps-Graduao em
Engenharia Civil.
rea de concentrao: Construo Metlica.
1. Estruturas metlicas - Teses. 2. Trelias (Construo civil) - Teses.
3. Perfis tubulares - Teses. 4. Ligaes metlicas - Teses. 5. Vigas - Teses.
I. Freitas, Arlene Maria Sarmanho. II. Universidade Federal de Ouro Preto.
III. Ttulo.
CDU: 624.014.2:624.072.22
CDU: 669.162.16
mailto:[email protected]
ii
iii
Aos meus pais, Sineval
e Martha, e minha
noiva, Aline, pelo amor
e cumplicidade.
iv
Agradecimentos
A JESUS, por ser meu caminho, minha verdade e minha vida.
Aos meus pais pelo amor, afeto e pacincia.
Ao meu irmo Rodrigo pelo carinho.
Aline pelo amor, companheirismo e incentivo em todos os momentos.
Aos funcionrios do laboratrio, Joo, Sr. Osvaldo e Dequinha pelo trabalho
competente durante o ensaio experimental.
A todos os funcionrios e colegas do PROPEC pelo auxlio e ateno.
Ao professor Joel Donizete pela ajuda fundamental no desenvolvimento da pesquisa.
professora Arlene pela orientao de todo trabalho realizado.
Capes e V&M do Brasil pelo apoio e financiamento desta pesquisa.
v
Resumo
Este trabalho consiste na apresentao e na descrio de estudos do comportamento de
vigas mistas treliadas fabricadas em perfis tubulares circulares nas diagonais e nos
montantes e retangulares nos banzos superior e inferior. O desenvolvimento deste
estudo baseia-se em uma anlise terica, fundamentada em prescries normativas,
pesquisas na rea e em ensaio experimental com prottipo de uma viga mista treliada
em escala real. O ensaio experimental foi realizado no Laboratrio de Estruturas Prof.
Altamiro Tibiri Dias do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal
de Ouro Preto. O programa experimental objetivou avaliar a influncia das ligaes
entre os elementos da trelia no comportamento global do sistema misto, a eficincia
dos perfis tubulares de seo circular/retangular, alm de monitorar o comportamento
dos conectores de cisalhamento que garantem a ao conjunta entre o perfil de ao e o
concreto. O modelo foi desenvolvido para avaliar o desempenho do sistema misto e
determinar a resistncia ltima de cada estado limite comparando resultados
encontrados na anlise terica com resultados experimentais. Os resultados
experimentais indicaram falha no conector de cisalhamento, seguido de escoamento no
n da ligao e posterior colapso do banzo tracionado. Assim, os conectores de
cisalhamento, apresentando o primeiro modo de colapso, provocaram a perda de
conexo entre a laje de concreto e o banzo superior, gerando elevados deslocamentos,
caracterizando ruptura completa do sistema.
vi
Abstract
This work presents and describes studies of deportment beams composite of concrete
slab and steel trusses made of circular hollow sections for the braces members, and
rectangular hollow section at the chords. The development of this study is based on a
comprehensive and detailed theoretical analysis, reasoned on standards codes
prescriptive and studies by various researchers, and experimental study prototype of a
beam truss at real scale. The research was conducted at the Laboratory of Structures
"Prof. Altamiro Tibiri Dias" of the Department of Civil Engineering at the Federal
University of Ouro Preto. The experimental program aimed at evaluating the influence
of joints between elements of the truss in the global behavior of the composite system,
the efficiency of the circular/rectangular hollow section, and monitor the behavior of
shear connectors to ensure joint action between the steel beam and concrete slab. The
model was developed to evaluate the performance of the composite system and
determine the ultimate strength of each limit state analysis comparing the theoretical
results with experimental results. Experimental results indicated failure in the shear
connector, followed local yielding in the nodal joint and subsequent collapse of the
tension bottom chord. Thus, the shear connectors, presenting the first failure mode,
caused loss of connection between the concrete slab and the top chord, generating high
displacements, featuring complete rupture of the system.
vii
Sumrio
1. INTRODUO ...................................................................................................... 1
1.1. Consideraes iniciais ...................................................................................... 1
1.2. Vigas Mistas Treliadas.................................................................................... 2
1.3. Estudos bibliogrficos ...................................................................................... 3
1.4. Objetivo ............................................................................................................ 8
1.5. Justificativa ....................................................................................................... 8
1.6. Descrio do trabalho ....................................................................................... 9
2. ANLISE TERICA (PRESCRIES PARA DIMENSIONAMENTO DE
TRELIAS MISTAS E DOS SEUS ELEMENTOS) ................................................ 10
2.1. Ligaes .......................................................................................................... 10
2.1.1. Excentricidade e afastamento ..................................................................... 12
2.1.2. Modos de Falha .......................................................................................... 15
2.1.3. Dimensionamento das ligaes .................................................................. 17
2.1.3.1. Parmetros de dimensionamento ........................................................ 17
2.1.3.2. Limitaes de dimensionamento ........................................................ 19
2.1.3.3. Resistncia ltima .............................................................................. 20
2.2. Elementos de barra ......................................................................................... 21
2.2.1. Dimensionamento das barras ...................................................................... 22
2.2.1.1. Barras submetidas fora axial de trao .......................................... 22
2.2.1.2. Barras submetidas fora axial de compresso ................................. 22
2.3. Laje de concreto.............................................................................................. 23
2.3.1. Espessura da laje ......................................................................................... 23
2.3.2. Resistncia do concreto .............................................................................. 24
2.3.3. Controle de fissuras Armadura mnima de trao ................................... 25
2.3.4. Resistncia ltima da laje de concreto ........................................................ 26
2.4. Conectores de cisalhamento ........................................................................... 26
2.4.1. Dimensionamento dos conectores .............................................................. 27
2.5. Seo mista ..................................................................................................... 27
2.5.1. Largura efetiva ............................................................................................ 28
2.5.2. Resistncia ltima da seo mista .............................................................. 29
viii
2.5.2.1. Interao completa .............................................................................. 29
2.5.2.2. Deslocamentos verticais Anlise elstica ........................................ 30
3. PROGRAMA EXPERIMENTAL ...................................................................... 32
3.1. Introduo ....................................................................................................... 32
3.2. Prottipo ensaiado .......................................................................................... 32
3.2.1. Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao .................................. 32
3.2.2. Propriedades fsicas e geomtricas da laje de concreto .............................. 37
3.3. Montagem Experimental ................................................................................ 39
3.3.1. Sistema de apoio e conteno lateral do prottipo ..................................... 39
3.3.2. Sistema de aplicao do carregamento ....................................................... 41
3.4. Estudo qualitativo da distribuio de tenses ................................................. 42
3.5. Instrumentao................................................................................................ 42
3.5.1. Sistema de Aquisio de Dados ................................................................. 45
3.6. Metodologia do ensaio ................................................................................... 45
4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS 47
4.1. Consideraes iniciais .................................................................................... 47
4.2. Apresentao e anlise dos resultados das diagonais mais solicitadas ........... 48
4.3. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo superior .. 49
4.4. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo inferior.....51
4.5. Monitoramento na interface ao-concreto ...................................................... 52
4.6. Apresentao e anlise dos resultados nas armaduras .................................... 53
4.7. Apresentao e anlise dos resultados na laje de concreto ............................. 54
4.8. Apresentao e anlise de tenses na placa de ligao do apoio.................... 55
4.9. Apresentao e anlise dos resultados nas ligaes ....................................... 55
4.10. Apresentao e anlise dos resultados no conector de cisalhamento ............. 57
4.11. Monitoramento dos deslocamentos ................................................................ 58
4.12. Anlise qualitativa dos resultados experimentais ........................................... 63
5. ANLISE DA ESTRUTURA MISTA ................................................................ 64
5.1. Introduo ....................................................................................................... 64
5.2. Anlise de desempenho do sistema misto atravs dos conectores de
cisalhamento ............................................................................................................... 64
5.3. Anlise de desempenho da trelia metlica atravs da resistncia do banzo
inferior.........................................................................................................................66
ix
5.4. Anlise da influncia das ligaes na resistncia da viga treliado ............... 67
6. CONSIDERAES FINAIS ............................................................................... 71
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ....................................................................... 74
x
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1: Ponte Rodoferroviria, Rio Paran ............................................................ 1
FIGURA 1.2: Tipos de vigamentos utilizados em estrutura mista: (a) Viga em alma
cheia; (b) Viga treliada ................................................................................................... 2
FIGURA 1.3: Vigas mistas treliadas com perfil tubular para piso ................................. 3
FIGURA 2.1: Trelia compostas de perfis tubulares: (a) ligaes do tipo K, T e
KT; (b) Propriedades geomtricas da seo transversal (MENDES, 2008) ............... 11
FIGURA 2.2: Ligao tipo "K":(a) Ligao tipo "K" com gap; (b) Ligao tipo "K"
com overlap; (c) Ligao tipo "K" com excentricidade nula .........................................12
FIGURA 2.3: Modos de falha PN (2011).................................................................... 16
FIGURA 2.4: Parmetros e convenes PN (2011) .................................................... 18
FIGURA 2.5: Vigas metlicas com conectores de cisalhamento: (a) Conector com perfil
U laminado; (b) Conector tipo stud bolt. ........................................................................ 27
FIGURA 2.6.: Largura efetiva ........................................................................................ 28
FIGURA 2.7: Distribuio de tenses em trelia mista com interao completa NBR
8800(2008) ..................................................................................................................... 30
FIGURA 3.1: Dimenses e caractersticas fsicas da trelia de ao: (a) Dimenses da
placa de apoio; (b) Dimenses da base de apoio; (c) Dimenses dos conectores de
cisalhamento ................................................................................................................... 35
FIGURA 3.2: Posicionamento das chapas de reforos nodais: (a) Chapas de reforo 2;
(b) Chapas de reforo 1 (extremidades) e chapas de reforo 3 (central) ........................ 36
FIGURA 3.3: Viga treliada sobre apoios no laboratrio de estruturas Prof. Altamiro
Tibiri Dias ................................................................................................................... 37
FIGURA 3.4: Armao da laje de concreto ................................................................... 38
FIGURA 3.5: Estrutura de escoramento da laje de concreto ......................................... 38
FIGURA 3.6: Concretagem da laje no laboratrio de estruturas Prof. Altamiro Tibiri
Dias: ............................................................................................................................... 39
FIGURA 3.7: Sistema de apoio e contenes laterais da viga mista: (a) Aparelho de
apoio; (b) Contenes laterais da viga metlica; (c) Contenes laterais da laje ........... 40
FIGURA 3.8: Sistema de aplicao dos carregamento: (a) Atuadores hidrulicos sobre a
laje; (b) Posicionamento dos atuadores hidrulicos ....................................................... 41
xi
FIGURA 3.9: Frao do modelo da trelia mista em elementos finitos (MARTINS,
2011) ............................................................................................................................... 42
FIGURA 3.10: Mdulos de aquisio de dados Spider 8 .............................................. 45
FIGURA 3.11: Esquema de aplicao de carga simultnea: (a) Atuadores manuais; (b)
Aplicao simultnea de carregamento; (c) Equipamento de projeo de imagem; (d)
Projeo dos dados ......................................................................................................... 46
FIGURA 4.1.: Esquema de orientao para localizao dos pontos de instrumentao
(a) Vista frontal de montagem experimental; (b) Esquema de orientao para
localizao dos pontos de instrumentao ...................................................................... 48
FIGURA 4.2: Grfico carga x deformao especfica das diagonais A e L ................... 49
FIGURA 4.3: Grfico carga x deformao especfica do banzo superior - N 6 .......... 50
FIGURA 4.4: Grfico carga x deformao especfica do banzo inferior N 7 ........... 51
FIGURA 4.5: Grfico carga x deformao especfica no banzo superior - interface ao-
concreto .......................................................................................................................... 52
FIGURA 4.6: Grfico carga x deformao especfica das armaduras ........................... 53
FIGURA 4.7: Grfico carga x deformao especfica da laje de concreto .................... 54
Figura 4.8: Grfico carga x tenso de von Mises da placa de ligao do apoio ............ 55
FIGURA 4.9: Grfico carga x tenso de von Mises na ligao 6 .................................. 56
FIGURA 4.10: Grfico carga x deformao de von Mises na ligao 8 ........................ 57
FIGURA 4.11: Grfico carga x deformao de von Mises do conector de cisalhamento
........................................................................................................................................ 58
FIGURA 4.12: Grfico carga x deslocamento vertical .................................................. 59
FIGURA 4.13: Grfico carga x deslocamento vertical da laje de concreto ................... 60
FIGURA 4.14: Grfico carga x deslocamento horizontal da laje de concreto ............... 60
FIGURA 4.15: Grfico carga x deslocamento da laje de concreto ................................ 61
FIGURA 4.16: Efeitos do deslizamento da laje monitorado pelo DEF1: (a)
Posicionameto do defletmetro DEF1; (b) Primeiros sinais do deslizamento da laje ... 62
FIGURA 4.17: Grfico carga x deslocamento dos apoios ............................................. 62
FIGURA 5.1: Descolamento entre a laje de concreto e a trelia metlica ..................... 65
FIGURA 5.2: Flexo da viga treliada mista ................................................................. 67
FIGURA 5.3: Representao em elementos finitos das tenses na ligao
instrumentada da trelia de ao: (a) Vista geral; (b) vista da parede superior do banzo
inferior (NUNES, 2011). ................................................................................................ 68
xii
FIGURA 5.4: Representao dos resultados da ligao "K" em elementos finitos da
carga de compresso da diagonal versus a deformao na parede do banzo (NUNES,
2011). .............................................................................................................................. 69
FIGURA 5.5: Chapas de reforo da ligao 9 ................................................................ 69
xiii
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1: Correspondncia entre classe de agressividade e qualidade do concreto
NBR 6118 (2004) ........................................................................................................... 24
TABELA 2.2: Correspondncia entre classe de agressividade ambiental e recobrimento
nominal para c = 10 mm NBR 6118 (2004) ............................................................. 24
TABELA 3.1: Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao .............................. 33
TABELA 3.2: Instrumentao utilizada ......................................................................... 43
TABELA 3.2: Instrumentao utilizada (continuao) .................................................. 44
TABELA 4.1: Resultados das deformaes especficas mximas no banzo superior. .. 49
TABELA 5.1: Limite terico e experimental das cargas aplicadas ............................... 66
xiv
LISTA DE SMBOLOS
a) Letras romanas maisculas
A0 - rea da seo transversal do banzo
Act rea efetiva da laje de concreto
Ag - rea bruta da seo transversal
As - rea de armadura
AV - rea efetiva de cisalhamento no banzo
Ccd fora resistente de clculo da espessura comprimida da laje de concreto
E, Ea - mdulo de elasticidade do ao
Ec - mdulo de elasticidade secante do concreto
Et Mdulo tangente
F Fora aplicada
I - momento de inrcia da seo transversal
K - coeficiente de flambagem de barras comprimidas
Kn - fator de reduo da resistncia devido carga no banzo
L - comprimento do elemento
MRd - momento fletor resistente de clculo
MSd - momento fletor solicitante de clculo
M0,sd - Momento fletor solicitante de clculo da ligao
N0,Rd - resistncia da fora axial devido ao cisalhamento na seo transversal do banzo
na regio do afastamento
N0,Sd - fora axial solicitante de clculo no banzo
Nc,Rd - fora axial de compresso resistente de clculo
Nc,Sd - fora axial de compresso solicitante de clculo
Ne fora axial de flambagem elastica
Ni,Rd - resistncia de escoamento levando em conta a plastificao do banzo a partir da
diagonal/montante i
Nt,Rd - fora axial de trao resistente de clculo
Nt,Sd - fora axial de trao solicitante de clculo
Q - fator de reduo total associado flambagem local
R - Resistncia da ligao
xv
Rd - Resistncia de clculo
Sd - Esforo solicitante
Tad fora resistente de clculo da regio tracionada da laje de concreto
Vpl,Rd - resistncia ao cisalhamento de uma seo
VSd - maior valor absoluto da fora transversal atuante no banzo
W0 Mdulo de resistncia elstica da seo transversal do banzo
b) Letras romanas minsculas
a - espessura da regio comprimida da laje
b largura efetiva da laje
b0 - largura do tubo retangular do banzo
beff - largura efetiva para o clculo da resistncia da barra
be,p- largura efetiva para o clculo da resistncia do banzo ao cisalhamento
bi - largura do tubo quadrado e retangular da barra i
c - cobrimento da armadura em relao face do elemento
d altura til; distncia; dimenso mxima do agregado grado
di - dimetro externo da seo transversal do tubo i
e - excentricidade das ligaes
fck resistncia caracterstica do concreto compresso
fcd resistncia de clculo do concreto compresso
fct,ef resistncia mdia trao efetiva do concreto
fu - tenso de ruptura trao do ao
fy - tenso de escoamento do ao
fy0 tenso de escoamento do ao que constitui o banzo
fyd resistncia de clculo ao escoamento do ao
fyi tenso de escoamento do ao que constitui as diagonais/montante
fys resistncia ao escoamento do ao da armadura
g - afastamento entre as barras secundrias na face do banzo para ligaes K e KT
afastada
ga - afastamento entre as barras secundrias na face do banzo menos duas vezes a
espessura do p da solda, para ligaes K e KT afastada
h0 - altura do tubo retangular do banzo
i - ndice que indica o nmero da barra:
xvi
i = 0representa o banzo
i = 1representa a diagonal comprimida das ligaes
i = 2representa a diagonal tracionada das ligaes
i = 3representa o montante
k - coeficiente
l comprimento do vo
n nmero (quantidade); parmetro
t0 espessura parede do banzo
tc espessura da laje de concreto
tf espessura da mesa
ti - espessura da parede do tubo i
ts espessura da solda
tw espessura da alma
wk abertura caracterstica de fissuras
y distncia
c) Letras gregas maisculas
- somatrio
d) Letras gregas minsculas
- coeficiente utilizado para determinar a rea efetiva de cisalhamento da barra
principal;
E relao entre o mdulo de elasticidade do ao e o mdulo de elasticidade do
concreto
- razo entre os dimetros dos membros e a largura do banzo
- deformao
- relao entre o dimetro ou largura da seo transversal da barra principal de uma
ligao K e o dobro de sua espessura; coeficiente de ponderao da resistncia ou das
aes
M- coeficiente de minorao da resistncia
s- coeficiente de majorao da fora aplicada
xvii
- relao entre a altura da diagonal ou montante no plano da estrutura e a largura do
banzo
i - ngulo entre diagonal e banzo
- dimetro
0 ndice de esbeltez reduzido
0,Sd - mxima tenso de compresso no banzo
p,Sd - tenso de compresso no banzo descontando a contribuio dos membros
fator de reduo associado compresso
1
CAPTULO 1
1. INTRODUO
1.1. Consideraes iniciais
Os sistemas mistos ao-concreto tm ampla utilizao na construo metlica porque
apresentam solues eficientes e econmicas em projetos estruturais. A associao de
um perfil metlico com elementos de concreto amplia consideravelmente a resistncia
do sistema estrutural, permitindo vencer grandes vos com economia de material.
A viga mista treliada uma alternativa muito aplicada em obras de edifcios e pontes
(FIGURA 1.1) por apresentar reduo do peso prprio da estrutura, acrscimo de
resistncia e de rigidez e diminuio do consumo de material, propiciados pela
combinao dos elementos de ao e de concreto. O trabalho em conjunto de um perfil
metlico com a laje de concreto feito por meio de conectores de cisalhamento que iro
absorver os esforos cisalhantes horizontais que se desenvolvem na interface da laje
com o banzo superior da trelia.
FIGURA 1.1: Ponte Rodoferroviria, Rio Paran
Disponvel em:
Acesso em: 27 dez. 2010
2
1.2. Vigas Mistas Treliadas
Viga mista a associao de um perfil metlico com a laje de concreto. Essa
combinao busca utilizar as melhores caractersticas de cada material, como elevada
resistncia compresso do concreto e alta resistncia trao do ao. A utilizao
desse sistema, no Brasil, vem crescendo de forma considervel em virtude de suas
variadas solues, tima viabilidade econmica e eficientes resultados de segurana
estrutural.
As vigas mistas treliadas compostas por perfis de seo transversal tubular
(FIGURA 1.2b) apresentam algumas vantagens em relao ao perfil em alma cheia
(FIGURA 1.2a), como maior rigidez com menor peso prprio, possibilidade de vencer
vos maiores, alternativa para acomodar a passagem de dutos de vrias instalaes e
grande resistncia dos perfis tubulares ao esforo normal. Destaca-se que a trelia mista
representada na Figura 1.2b tem a configurao da que ser avaliada neste trabalho.
(a) Viga em alma cheia
(b) Viga treliada
FIGURA 1.2: Tipos de vigamentos utilizados em estrutura mista
O vigamento em trelias mistas possibilita vencer vos elevados entre 10m e 15m sem a
necessidade de pilares intermedirios. mais econmico do que o sistema que utiliza
perfis laminados ou soldados (QUEIROZ, 2001) por apresentar maior momento de
inrcia, diminuindo os valores de flecha. O perfil tubular, em funo da geometria da
seo transversal, possui grande resistncia aos esforos axiais, sendo eficiente na sua
utilizao em sistemas treliados. A eficincia deve-se ao fato de que as trelias so
predominantemente submetidas a esforos normais. Tais perfis so ideais para serem
utilizados nesses elementos.
3
Na viga mista treliada, o momento fletor provoca tenses de compresso na laje de
concreto e de trao no banzo inferior da trelia. Os conectores de cisalhamento so
importantes dispositivos mecnicos responsveis por garantir o trabalho em conjunto
dos elementos de ao e concreto. Soldado no banzo superior da trelia, o conector deve
absorver os esforos cisalhantes longitudinais que se originam na interface ao-
concreto. Vrios tipos de conectores vm sendo desenvolvidos segundo critrios de
segurana e economia para atender a diversas necessidades construtivas. No Brasil, os
mais utilizados so o Stud bolt (conector tipo pino com cabea) e o conector em perfil
de seo transversal U laminado.
A aplicao de trelias mistas planas em vigamentos para piso (FIGURA 1.3) tem se
tornado mais usual na construo civil. O desenvolvimento de novos estudos propicia
uma evoluo tecnolgica cada vez mais especfica na utilizao de sistemas treliados
para piso. Neste trabalho, foi analisado o comportamento global de vigas planas
treliadas mistas confeccionadas em perfis tubulares circulares nas diagonais e nos
montantes e retangulares nos banzos, observando a influncia dos efeitos localizados
causados pelos carregamentos.
FIGURA 1.3: Vigas mistas treliadas com perfil tubular para piso
1.3. Estudos bibliogrficos
A crescente utilizao de sistemas mistos na construo civil tem motivado o
surgimento de vrias pesquisas. Estudos complexos foram desenvolvidos para anlise e
dimensionamento de elementos estruturais metlicos ou de concreto, trabalhando de
forma isolada ou conjunta em um sistema misto para determinar o comportamento da
ao conjunta do perfil de ao e o concreto. Entre os diversos estudos realizados at o
4
momento, pode-se destacar a seguir alguns trabalhos e prescries normativas que
foram utilizadas nesta pesquisa:
AISC American Institute of Steel Construction: Hollow structural section connections
(2010) - Guia normativo que determina condies de projeto para ligaes de elementos
das estruturas de seo transversal tubular.
ASCE American Society of Civil Engineers: Task Committee on design criteria for
composite structures in steel and concrete (2004) - Apresenta especificaes para o
dimensionamento de trelias mistas, tanto para os estados limites ltimos como para os
estados limites de utilizao, incluindo exemplos prticos de dimensionamento.
CAN/CSA S16-01 Canadian Standard Association: Limit States Design of Steel
Structures (2003) - Estabelece critrios e requisitos para concepo, fabricao e
montagem de estruturas de ao. A norma baseada no mtodo dos estados limites e
determina critrios de dimensionamento de componentes de ao estrutural e apresenta
critrios de dimensionamento da seo mista.
CIDECT 3 Design guide for rectangular hollow section (RHS) joinst under
predominantly static loading (2009) - Publicao baseada no resultado de vrios
programas de pesquisas tericas e experimentais, prescreve orientaes de projetos de
estruturas metlicas tubulares, observando a influncia da variao de vrios
parmetros.
EUROCODE 3 Design of steel structures (2005) - Dimensionamento de estruturas
metlicas apresentando mtodos de anlises estruturais, que so considerados os efeitos
das deformaes geomtricas e materiais de comportamento no linear.
EUROCODE 4 Design of composite steel and concrete structures (2004) Determina
prescries e critrios para projetos de estruturas mistas em ao e concreto.
NBR 6118 Projetos de estruturas de concreto (2004) - Estabelece os requisitos e
procedimentos gerais a serem atendidos para projeto de estruturas de concreto.
NBR 8800 Projeto de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e concreto de
edifcios (2008) - Apresenta prescrio normativa para elaborao de projetos de
estruturas de ao e estruturas mistas. Com base no mtodo dos estados limites, fornece
5
um conjunto de orientaes para dimensionamento, desenhos, especificaes de
fabricao e de montagem de estruturas de ao e mistas.
PN Tubos (2011) Projeto de norma elaborado pela comisso de estruturas de ao do
Comit Brasileiro de Construo Civil, o qual define os princpios que regem o projeto
de estruturas de ao e mistas de ao e concreto utilizando perfis tubulares.
Chien e Ritchie (1984) desenvolvem estudos de sistemas treliados mistos observando a
contribuio da laje de concreto na resistncia aos esforos cisalhantes. Durante o
estudo, foi proposto um modelo simplificado para anlise estrutural de trelias mistas
com ns rotulados, desconsiderando as excentricidades das ligaes. Considerou-se a
transformao da rea efetiva da laje de concreto numa rea equivalente de ao,
configurando uma anlise de prtico plano para a viga mista.
Uma proposta de dimensionamento de uma trelia mista com uma laje de concreto com
uma forma metlica incorporada baseada em critrios estabelecidos pela British
Standard BS 5950 apresentada em Merrill(1992), dando sugestes de anlises da
transformao da rea efetiva da laje de concreto numa rea equivalente de ao.
Maurer e Kennedy (1994) possuem estudos experimentais para determinao da
capacidade resistente ao momento fletor de vigas mistas treliadas, analisando e
comparando os resultados com mtodos tericos e prescries da norma canadense CSA
Standard S16-94. A pesquisa tem relevantes detalhes do programa experimental, assim
como os resultados obtidos e as recomendaes para dimensionamento e
desenvolvimento de novos estudos.
Queiroz (2001) apresenta informaes e conceitos bsicos para projetos de estruturas
mistas e descreve caractersticas de vrios sistemas estruturais aplicveis aos projetos de
estruturas mistas ao-concreto. Os autores detalham princpios de dimensionamento e
utilizao prtica construtiva de todos os elementos utilizados nas estruturas mistas.
Wardenier (2001) expe aplicaes e caractersticas gerais das estruturas de seo
transversal tubular, mostrando as principais propriedades fsicas e geomtricas.
Apresenta tambm, estudos tericos realizados por meio do Comit International pour
le Dveloppementet l'Etude de la Construction Tubulaire CIDECT, que demonstra
exemplos de dimensionamento de ligaes entre elementos de trelias tubulares.
6
Em Samuelson (2002), tem-se um estudo avaliando as vantagens do sistema misto, com
casos histricos de projetos que utilizaram estruturas mistas e tiveram eficientes
resultados de segurana e grande viabilidade econmica.
Packer e Henderson (2007) apresentam vrios mtodos de dimensionamento de trelias
com uso de perfis tubulares, os modos de falha existentes nas ligaes e expe medidas
para aumentar a resistncia e combater o colapso. Packer e Henderson afirmam que,
para anlise estrutural, os ns das trelias devem ser rotulados sem transmisso de
momento fletor para as diagonais, quando forem atendidos certos limites de
excentricidade entre os elementos que compem os ns da trelia.
Machacek e Cudejko (2008) tm um trabalho experimental sobre a distribuio
longitudinal de esforos entre conectores ao longo de uma trelia plana em perfis
tubulares retangulares de ao associado laje de concreto. Nesse estudo, verifica-se
uma solicitao no uniforme entre os conectores de cisalhamento, sendo observada
uma concentrao de tenses elevada na regio dos ns da trelia. Durante as anlises
dos modelos numricos, utilizando o software ANSYS 11.0 (2009), calibrados com o
modelo experimental, foram verificadas numericamente mais de 30 variedades de
conectores, obtendo picos distintos de fluxos cisalhantes na interface ao-concreto
acima dos ns. Ao final do estudo, os autores concluram que os resultados
experimentais deram boa relao com os critrios prescritos pelo Eurocode 4 (2004) na
fase elstica, sendo considerado mais conservador no regime plstico. Observaram uma
concentrao de tenses cisalhantes transmitidas pelas diagonais aos ns superiores da
trelia.
Mendes (2008) desenvolve pesquisa terico-experimental de ligaes planas formadas
por perfis tubulares de ao, que incluram ensaios em laboratrio para determinao da
distribuio de tenses residuais no tubo retangular formado a frio componente do
banzo, alm da gerao de modelos numricos calibrados com resultados dos modelos
experimentais. Mendes concluiu que os valores das tenses residuais foram inferiores a
30% da tenso de escoamento do ao do perfil retangular, sugerindo que o ao do perfil
ensaiado havia sido submetido a tratamento trmico. Considerando os modos de falha, o
autor observou que, para ligaes que possuem o montante KT e T, em que
aplicando uma carga de 75% da carga aplicada nas diagonais; a plastificao do ao
ocorreu devido puno do montante no banzo, concluindo que a resistncia da ligao
7
est condicionada carga no montante. Para a ligao K, os resultados obtidos por
Mendes no foram satisfatrios, e os resultados para ligao do tipo KT no foram
conclusivos.
Mayor (2010) apresenta um estudo de ligaes soldadas do tipo K e KT formadas
por perfis tubulares sem costura, com banzos retangulares e diagonais e montantes
circulares. Com o objetivo de variar alguns parmetros geomtricos das ligaes K e
KT, em relao a estudos anteriores realizados por Mendes (2008), houve mudanas
na configurao geomtrica das peas a fim de obter uma nova sequncia de ensaios
dentro das prescries normativas do Eurocode 3 (2005). Mayor verificou uma boa
aproximao entre os modelos numricos e experimentais para as ligaes estudadas.
As ligaes tiveram como modo de ruptura a plastificao da face superior do banzo,
prximo s diagonais e s montantes, utilizando uma carga de 15% da carga aplicada
nas diagonais, no montante; o que demonstra que quanto maior a carga no montante,
menor a resistncia da ligao.
Martins e Freitas (2010) expem estudos numricos com trelias mistas compostas por
perfis metlicos tubulares, associadas a uma laje de concreto macia. O trabalho
consiste na anlise em elementos finitos de dois modelos numricos utilizando dois
mtodos de anlise estrutural. No primeiro modelo, Martins e Freitas usam elementos
de barra para discretizao dos elementos dos elementos estruturais. No segundo,
empregado um elemento finito tridimensional para modelagem da laje, que melhor
representava a no-linearidade do concreto, considerando efeitos como a fissurao e o
esmagamento na regio comprimida. Os autores concluram que os modelos
apresentaram bons resultados, principalmente a segunda modelagem que forneceu
resultados definidos e confiveis simulando de forma mais eficiente a perda de
estabilidade da estrutura por plastificao da parede do banzo inferior.
Lima, Freitas e Vellasco (2011) utilizam os resultados de modelos experimentais
realizados por Mayor (2010) com prottipos do tipo KT para desenvolver trabalhos
de calibrao de modelos numricos, empregando o programa de elementos finitos
ANSYS (2010). Com base na calibrao desses modelos, foi possvel realizar uma
anlise paramtrica de perfis tubulares disponveis no mercado e verificar o estado
limite ltimo das ligaes em funo das prescries fornecidas pelo Eurocode 3
(2003).
8
1.4. Objetivo
O objetivo deste trabalho avaliar o comportamento experimental de vigas mistas
treliadas planas confeccionadas em perfis laminados tubulares circulares nas diagonais
e montantes e retangulares no banzo superior e inferior com laje de concreto armado
convencional e conectores de cisalhamento laminados tipo U. A pesquisa envolve
uma anlise experimental cujos resultados so analisados considerando os estados
limites previstos em normas de projeto. Os estudos avaliaram a influncia das ligaes
entre os elementos da trelia no comportamento global do sistema misto, a eficincia
dos perfis tubulares de seo circular e retangular e monitoramento do comportamento
dos conectores de cisalhamento que garantem a ao conjunta entre o perfil de ao e o
concreto. Com os resultados obtidos, pode-se analisar o comportamento do sistema
contribuindo para o seu entendimento, visando a dar subsdios a novas metodologias de
projeto.
1.5. Justificativa
As vigas mistas treliadas foram objeto de estudo de vrias pesquisas anteriores que
analisaram o comportamento da estrutura segundo a variao de parmetros
geomtricos e mecnicos, a fim de obter resultados satisfatrios de resistncia e
economia. Estudos realizados anteriormente no Laboratrio de Estruturas Prof.
Altamiro Tibiri Dias (DECIV/UFOP) avaliaram os tipos de ligaes com perfis
tubulares, a resistncia das mesmas e a influncia dos processos de fabricao do ao
sobre sua resistncia. Os experimentos utilizaram prottipos de ligaes do tipo K,
T e KT presentes em viga treliada e visaram anlise detalhada dos modos de
falha das ligaes (MENDANHA, 2006; MENDES, 2008; MAYOR, 2010; NUNES,
2011). Tornou-se necessrio uma anlise terico-experimental da viga mista treliada
em escala real, com todos os seus elementos atuando em conjunto para obter uma
resposta mais realista do sistema estrutural completo. Para desenvolvimento do modelo
experimental foram utilizados resultados de estudos experimentais e numricos j
realizados.
9
1.6. Descrio do trabalho
Este trabalho est dividido em seis captulos. O captulo 2 apresenta um estudo das
prescries para dimensionamento de trelias mistas e seus elementos, expondo as
caractersticas, parmetros e limitaes de resistncia estabelecidas por estudos tericos
realizados por diferentes autores e normas de projeto.
O captulo 3 cumpre a descrio completa do programa experimental, mostrando as
caractersticas fsicas e geomtricas do prottipo ensaiado, metodologia e procedimento
para realizao do ensaio de laboratrio. Relata os detalhes mais relevantes da
montagem experimental e componentes aplicados, como instrumentao, sistema de
aquisio de dados, equipamentos para aplicao de carga e aparelhos de apoio, a fim de
descrever toda sequncia executada durante o trabalho prtico. Relata o processo
utilizado para definio dos pontos de instrumentao, assim como a localizao de
cada elemento, possibilitando a compreenso dos resultados exposto no captulo
seguinte.
No quarto captulo, tem-se a apresentao dos resultados experimentais obtidos e
anlise qualitativa dos grficos com base na avaliao do monitoramento contnuo dos
elementos. proposto um sistema de orientao para localizao de cada ponto de
instrumentao capaz de identificar os sinais de assimetria do comportamento estrutural
do modelo.
O quinto captulo descreve a anlise global da estrutura mista a partir do desempenho
dos elementos estruturais e avaliando a influncia da perda de estabilidade localizada na
resistncia da estrutura.
No captulo 6, so feitas as consideraes finais do trabalho experimental, promovendo
sugestes para projetos de estruturas mistas e propondo a realizao de estudos
complementares.
10
CAPTULO 2
2. ANLISE TERICA (PRESCRIES PARA
DIMENSIONAMENTO DE TRELIAS MISTAS E DOS SEUS
ELEMENTOS)
2.1. Ligaes
As trelias planas confeccionadas em perfis tubulares apresentam concepo estrutural
de cargas aplicadas nos ns e esforos axiais nos elementos. Este modelo estrutural
produz efeitos localizados sobre os ns (conexes entre elementos) que exigem uma
anlise detalhada do processo de dimensionamento das ligaes. H diferentes tipos de
configuraes de ligaes entre os componentes da trelia que atendem vrias
exigncias estruturais.
Este trabalho aborda uma trelia com ligaes do tipo K, T e KT conforme a
Figura 2.1 que tem a nomenclatura da geometria utilizada.
As anlises realizadas adotam as prescries do Eurocode 3 (2005), Cidect 3 (2009) e
do projeto de norma de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e concreto de
edificaes com perfis tubulares (PN, 2011), similar ao Eurocode 3 (2005).
11
(a)
(b)
FIGURA 2.1: Trelia composta de perfis tubulares: (a) ligaes do tipo K, T e KT;
(b) Propriedades geomtricas da seo transversal (MENDES, 2008)
12
Onde:
= largura do banzo
= altura do banzo
= espessura da chapa que constitui o banzo
= dimetro das diagonais/montante
= espessura da chapa que constitui as diagonais/montante
= ngulo entre o banzo e as diagonais/montante
g = gap afastamento entre as diagonais/montante
e = excentricidade entre as linhas de centro do banzo e o prolongamento da linha central
das diagonais/montante.
2.1.1. Excentricidade e afastamento
As ligaes do tipo K e KT podem ser qualificadas quanto ao posicionamento das
diagonais. Tais diagonais podem ser soldadas ao banzo com certo afastamento,
denominado gap (g); ou estarem sobrepostas, configurando uma ligao com overlap
como mostra a Figura 2.2. As duas disposies dos elementos podem gerar
excentricidades (e) responsveis por criar momento fletor que se distribui entre as barras
que compem o n, ocasionando perda de resistncia das ligaes.
(a) Ligao tipo K com gap. (b) Ligao tipo K com overlap
(c) Ligao tipo K com excentricidade nula
FIGURA 2.2: Ligao do tipo K
13
A excentricidade ocorre quando a interseo entre o eixo central das diagonais ou
montantes no coincide com o eixo central do banzo. A posio do ponto de interseo
define a excentricidade como sendo positiva, quando localizada abaixo do eixo central
do banzo; negativa, acima do eixo central do banzo; ou nula, quando a interseo dos
elementos concorre com o eixo central do banzo (FIGURA 2.2). A ligao do tipo T
no apresenta excentricidade.
Com base em prescries contidas no Eurocode 3 (2005) e Cidect (2009), a
excentricidade da ligao pode ser obtida pela equao 2.1, na qual a nomenclatura
apresentada na Figura 2.1.
2sin
sinsin
sin2sin2
0
21
21
2
2
1
1 hdde
(2.1)
O momento fletor originado pela excentricidade pode ser desprezado caso esteja dentro
dos limites indicados nas equaes 2.2 e 2.3 para sees circulares e retangulares,
respectivamente, estabelecidas pelo Eurocode 3 (2005) e pelo Cidect (2009).
00 25,055,0 ded (2.2)
00 25,055,0 heh (2.3)
Se os valores obtidos no estiverem dentro dos limites recomendados anteriormente
necessrio fazer a distribuio de momento fletor gerado pela excentricidade entre os
elementos que compem a ligao de acordo com a razo entre a inrcia do perfil
considerado I e o comprimento do elemento L (MAYOR, 2010) ou por meio da
anlise estrutural (PACKER, 2007).
Os valores de afastamento entre as diagonais para as ligaes do tipo K podem ser
calculados utilizando a equao 2.4, sendo que valores de afastamento negativos
correspondem a ligaes com sobreposio, e valores positivos so ligaes com
afastamento.
2
2
1
1
21
210
sin2sin2sinsin
sin
2
ddheg (2.4)
14
Para clculo da resistncia ltima, Eurocode 3 (2005), PN (2011) e Cidect (2009)
estabelecem limites para o afastamento das diagonais apresentados nas seguintes
equaes:
15,115,00b
g (2.5)
21 ttg (2.6)
Onde:
0
21
2b
dd (2.7)
Rautaruki (1998) tambm aponta um limite para o afastamento em funo do ag ,
definido como afastamento g menos duas vezes a espessura da solda, como indicado na
equao 2.8.
sa tgg 2 (2.8)
5,10
t
ga (2.9)
Onde st corresponde espessura da solda.
15
2.1.2. Modos de Falha
As ligaes entre elementos com perfis tubulares podem apresentar diferentes modos de
falha influenciados por critrios como geometria da ligao, dimensionamento dos
elementos componentes da ligao e condies de solicitao. Os tipos de modos de
falha so descritos a seguir e ilustrados na Figura 2.3.
Modo A Plastificao da face ou de toda a seo transversal do banzo junto a
diagonais ou montantes;
Modo B Plastificao, amassamento ou instabilidade da face lateral da seo
transversal do banzo junto a diagonais ou montantes sob compresso;
Modo C Plastificao ou instabilidade por cisalhamento do banzo junto a diagonais ou
montantes;
Modo D Ruptura por puno da parede do banzo na rea de contato com diagonais ou
montantes;
Modo E Ruptura ou plastificao na regio da solda ou flambagem localizada de
diagonais ou montantes devido distribuio no uniforme de tenso;
Modo F Flambagem localizada de diagonais ou montantes comprimidos ou do banzo,
na regio da ligao.
16
Modo Fora Axial Momento Fletor
A
B
C
D
E
F
FIGURA 2.3: Modos de falha PN (2011)
17
2.1.3. Dimensionamento das ligaes
O dimensionamento das ligaes com perfis tubulares est fundamentado no Mtodo
dos Estados Limites ltimos, em que a fora aplicada deve ser inferior resistncia de
projeto da ligao, considerando o coeficiente de majorao da fora aplicada ( ) e o
coeficiente de minorao da resistncia ( ) como descrito a seguir:
dd RS (2.9)
M
s
RF
(2.10)
Onde:
sd FS (2.11)
M
d
RR
(2.12)
dR = Resistncia de projeto da ligao;
dS = Esforo solicitante;
F = Fora aplicada;
R = Resistncia da ligao;
s , M = Coeficientes de segurana.
2.1.3.1. Parmetros de dimensionamento
Neste item, so descritos os parmetros de dimensionamento das ligaes do tipo K e
KT com afastamento, perfis tubulares retangulares no banzo, tubular circulares nas
diagonais e carregamento no plano das ligaes. As ligaes do tipo T no sero
dimensionadas por apresentar solicitaes desprezveis devido concepo estrutural da
trelia analisada neste trabalho. Os parmetros utilizados no procedimento de
dimensionamento so:
My
Sd
fn
,0 (2.13)
0
,0
0
,0
,0W
M
A
N SdSdSd (2.14)
18
0
0
2 t
b
(2.15)
0b
d i (2.16)
Onde:
= Mxima tenso de compresso solicitante de clculo no banzo em um
determinado n, causada pela fora e pelo momento ;
= tenso de escoamento do ao;
= coeficiente de segurana igual a 1,0;
= Fora axial solicitante de clculo no banzo que provoca a tenso ;
= Momento fletor solicitante de clculo da ligao;
= rea da seo transversal do banzo;
= Mdulo de resistncia elstica da seo transversal do banzo.
FIGURA 2.4: Parmetros e convenes PN (2011)
19
2.1.3.2. Limitaes de dimensionamento
Para determinao da capacidade resistente da ligao, as formulaes estabelecidas so
vlidas desde que sejam atendidas as condies limites de afastamento e excentricidade,
citadas anteriormente, e as exigncias restritivas de caractersticas fsicas e geomtricas
relacionadas a seguir:
A tenso de escoamento do ao usado na composio da pea no pode
exceder 460MPa;
A espessura da chapa no pode ser inferior a 2,5mm ou superior a 25mm;
As peas que compem a ligao no podem ter inrcia varivel;
O ngulo entre o banzo e as diagonais no pode ser inferior a 30.
Os limites de dimensionamento, segundo critrios geomtricos e de esbeltez dos
elementos que compem as ligaes do tipo K com afastamento, so:
0,25,00
0 b
h (2.17)
350
0 t
b (2.18)
350
0 t
h (2.19)
50i
i
t
d ( i=1,2) (2.20)
8,04,00
b
d i (i=1,2) (2.21)
yf
E
t
b 27,1
0
0 (2.22)
yf
E
t
h 27,1
0
0 (2.23)
yi
i
f
E
t
d 06,0 ( i=1,2) (2.24)
20
2.1.3.3. Resistncia ltima
A seguir, tem-se a avaliao, segundo o Eurocode 3 (2005) e o PN (2011), para as
ligaes K e KT para diversos modos de falha.
A anlise do sistema treliado descrito no item 2.6 mostra que, para esse mtodo de
carregamento, os esforos atuantes nos montantes so desprezveis. Em virtude do
sistema de carregamento e do modelo estrutural aplicado neste estudo, no sero
verificadas as ligaes do tipo T e KT considerando as prescries estabelecidas
pelo Cidect (2009), que define para situaes em que os montantes no so solicitados,
a ligao do tipo KT dever ser dimensionada como se fosse uma ligao do tipo K.
a) Verificao de ruptura quanto plastificao da parede do banzo por
compresso e/ou trao Modo de falha A
n
i
y
Rdi Kb
ddtfN
0
21
5,0
00
,2sin4
9,8
(i=1,2) (2.25)
Onde:
nKn
4,03,1 (Para n > 0; compresso) (2.26)
0,1nK (Para n < 0; trao) (2.27)
b) Verificao de colapso da diagonal por trao Modo de falha C
effiiiiyi
rdi bdtdtf
N
424
,
(i = 1,2) (2.28)
Onde:
i
iyi
iy
eff dtfb
dtfb
0
2
0010 (i = 1,2) (2.29)
21
c) Verificao de ruptura por puno da parede do banzo na rea de
contato com as diagonais e/ou montantes Modo de falha D
pei
i
i
i
y
Rdi bddtf
N ,0
,sin
2
sin34
( i= 1,2) (2.30)
i
i
pe bb
dtb
0
0
,
10 (i = 1,2) (2.31)
As formulaes 2.30 e 2.31 so vlidas quando atendido o seguinte critrio:
11 (2.32)
d) Verificao de ruptura quanto plastificao por cisalhamento do
banzo Modo E
i
vy
Rdi
AfN
sin3
0
,
(i = 1,2) (2.33)
2
,
00,0 14 Rdpl
sd
yvyvRdV
VfAfAAN
(2.34)
2.2. Elementos de barra
Os perfis em seo tubulares apresentam elevada resistncia ao esforo axial. As
diagonais componentes do sistema treliado, referente a este estudo, so elementos de
seo transversal circular, submetidos solicitao de compresso e trao com
processo de dimensionamento fundamentado nas prescries da NBR 8800 (2008).
22
2.2.1. Dimensionamento das barras
2.2.1.1. Barras submetidas fora axial de trao
Para o dimensionamento de barras de sees tubulares, deve ser atendida a seguinte
condio:
RdtSdt NN ,, (2.35)
1
,
a
yg
Rdt
fAN
(2.36)
Onde:
SdtN , = Fora axial de trao solicitada de clculo;
RdtN , = Fora axial de trao resistente de clculo;
gA = rea bruta da seo transversal da barra;
yf = Tenso de escoamento da barra;
1a = Coeficiente de ponderao da resistncia igual a 1,00.
2.2.1.2. Barras submetidas fora axial de compresso
Para o dimensionamento de barras de sees tubulares, devem ser seguidas as
condies:
RdcSdc NN ,, (2.37)
1
,
a
yg
Rdc
fAQN
(2.38)
20658,0 ( 5,10 ) (2.39)
2
0
877,0
( 0 >1,5) (2.40)
23
e
yg
N
fAQ 0 (2.41)
22
LK
IEN e
(2.42)
Onde:
SdcN , = Fora axial de compresso solicitante de clculo;
RdcN , = Fora axial de compresso resistente de clculo;
= Fator de reduo associado compresso;
Q = Fator de reduo total associado flambagem local igual a 1,0;
0 = ndice de esbeltez reduzido;
eN = Fora axial de flambagem elstica;
I = Momento de inrcia da seo transversal;
K = Coeficiente de flambagem por flexo, de elementos isolados, igual a 1,0;
L = Comprimento do elemento.
2.3. Laje de concreto
O dimensionamento da laje de concreto foi baseado em prescries normativas da NBR
6118 (2004), obedecendo aos requisitos gerais de qualidade da estrutura quanto
segurana ruptura, durabilidade e ao desempenho.
2.3.1. Espessura da laje
A NBR 6118 (2004) recomenda que as lajes macias tenham os seguintes limites
mnimos para espessura:
5cm para lajes de cobertura no em balano;
7cm para lajes de piso ou de cobertura em balano;
10cm para lajes que suportem veculos de peso total menor ou igual a 30kN;
12cm para lajes que suportem veculos de peso total maior que 30kN;
15cm para lajes com protenso apoiadas em vigas, l/42 para lajes de piso
biapoadas e l/50 para lajes de piso contnuas;
16cm para lajes lisas e 14cm para lajes-cogumelo.
24
2.3.2. Resistncia do concreto
Considerando uma classe de agressividade ambiental urbana moderada com risco de
deteriorao pequena (classe II), a durabilidade da estrutura segue as indicaes da
NBR 6118 (2004) que estabelece as seguintes correspondncias entre classe de
agressividade e qualidade do concreto de cobrimento da Tabela 2.1. Para o cobrimento
da armadura na laje de concreto, a norma prescreve as dimenses mnimas da Tabela
2.2.
TABELA 2.1
Correspondncia entre classe de agressividade e
qualidade do concreto NBR 6118 (2004)
Concreto
Classe de agressividade
I II III IV
Relao
gua/cimento
em massa
0,65
0,60
0,55
0,45
Classe de
concreto
C20
C25
C30
C40
TABELA 2.2
Correspondncia entre classe de agressividade ambiental e
recobrimento nominal para c = 10mm NBR 6118 (2004)
Tipo de estrutura
Classe de agressividade
I II III IV
Cobrimento nominal (mm)
Laje de concreto armado 20 25 35 45
Para o agregado grado, a norma determina que a dimenso mxima caracterstica
utilizada no concreto no pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento
conforme a equao 2.43:
nommx cd 2,1 (2.43)
25
2.3.3. Controle de fissuras Armadura mnima de trao
O controle da abertura das fissuras na laje de concreto determinado pela NBR 8800
(2008), que prescreve a equao 2.44 para o clculo da armadura mnima de trao sob
deformao imposta:
st
ctefctsc
s
AfkkkA
, (2.44)
0,13,0
21
1
0
y
tk
c
c (2.45)
ys
ck
kst ff
w
3/2
5,0810 (2.46)
Onde:
sA = rea de armadura;
ctA = rea efetiva da laje de concreto;
k = coeficiente de correo que leva em conta os mecanismos de gerao de tenses de
trao, igual a 0,8;
sk = coeficiente que leva em considerao o efeito de reduo da fora normal na laje
de concreto devido fissurao inicial e ao deslizamento local da ligao entre e o perfil
de ao, igual a 0,9;
ct = espessura da laje de concreto;
0y = distncia entre os centros geomtricos da laje de concreto e da seo mista
homogeneizada;
st = mxima tenso de trao permitida na armadura, imediatamente aps a ocorrncia
da fissurao;
kw = abertura mxima caracterstica das fissuras, dada a funo da agressividade
ambiental, igual a 0,3mm;
ckf = resistncia caracterstica do concreto compresso (MPa);
efctf , = resistncia mdia trao efetiva do concreto no instante em que forma as
primeiras fissuras (MPa);
26
= dimetro das barras da armadura no superior a 20mm;
ysf = resistncia ao escoamento do ao da armadura (MPa).
2.3.4. Resistncia ltima da laje de concreto
A resistncia de clculo do concreto com 28 dias dada pela equao 2.47:
c
ck
cd
ff
(2.47)
Onde:
c = Coeficiente de ponderao da resistncia no estado limite ltimo igual a 1,0.
Para determinao da resistncia ltima compresso da laje de concreto, deve ser
respeitada a seguinte condio:
dd SR (2.48)
2.4. Conectores de cisalhamento
Os conectores de cisalhamento, responsveis pela ao conjunta do perfil metlico e da
laje de concreto, transmitem os esforos longitudinais entre os dois elementos que se
originam na interface entre a viga metlica e a laje de concreto (VERSSIMO, 2007).
Alguns tipos usuais de conectores que foram avaliados por meio de estudos tericos e
ensaios experimentais, realizados por diversos pesquisadores, apresentaram resultados
eficientes em relao resistncia a fora de cisalhamento transmitida e ao
deslizamento relativo entre os elementos. Apresentam-se os conectores tipo pino com
cabea ou stud bolts e conectores em perfil U laminado como ilustra a Figura 2.5.
27
(a) Conector em perfil U laminado (b) Conector tipo stud bolt
FIGURA 2.5: Vigas metlicas com conectores de cisalhamento.
2.4.1. Dimensionamento dos conectores
O conector de cisalhamento utilizado na viga mista treliada referncia deste estudo o
conector tipo perfil U laminado, dimensionado com base em prescries da NBR8800
(2008). A fora resistente desse conector, com altura de seo transversal igual ou
superior a 75mm totalmente embutido em laje macia, dada pela equao 2.49:
cs
cckcswcsfcs
Rd
EfLttQ
5,03,0 (2.49)
Onde:
fcst = espessura da mesa do conector, tomada a meia distncia entre a borda livre e a
face adjacente da alma;
wcst = espessura da alma do conector;
csL = comprimento do perfil U,
cs = coeficiente de ponderao da resistncia do conector igual a 1,0.
2.5. Seo mista
O sistema misto consiste no trabalho em conjunto da laje de concreto com o perfil
metlico, no qual a laje de concreto contribui com a resistncia compresso. A NBR
8800 estabelece que, para o dimensionamento da viga treliada mista, sejam
28
consideradas apenas as contribuies da laje de concreto ao esforo de compresso e do
banzo inferior ao esforo de trao.
2.5.1. Largura efetiva
As tenses normais atuantes na laje sofrem variaes ao longo da sua largura onde a
tenso maior est localizada no eixo central e diminui medida que se afasta do centro.
Como a contribuio resistncia da laje no completa, a NBR 8800 fornece
expresses simplificadas que estabelecem valores mximos para a colaborao da laje
de concreto na resistncia do sistema misto.
FIGURA 2.6.: Largura efetiva
A largura efetiva b (FIGURA 2.6), de cada lado da linha de centro da viga, deve ser
igual ou menor aos seguintes valores:
1/8 do vo da viga mista;
metade da distncia entre a linha de centro da viga analisada e a linha de
centro da viga adjacente;
distncia da linha de centro da viga borda em balano.
29
2.5.2. Resistncia ltima da seo mista
Considerando as prescries da NBR 8800 (2008), a capacidade resistiva ao momento
fletor da viga mista determinada, a partir das propriedades da seo mista plastificada.
Adotando a distribuio plstica das tenses, conclui-se que a viga mista no sofrer
flambagem local pela presena da laje de concreto, adquirindo um comportamento de
uma viga compacta.
2.5.2.1. Interao completa
O clculo da resistncia ltima ao momento fletor nas vigas mistas com interao total
no admite deslizamento na interface ao-concreto. O momento fletor resistente
determinado pela plastificao do concreto ou da seo de ao.
A NBR 8800 (2008) prescreve que, para o dimensionamento de vigas mistas treliadas,
a interao entre a laje de concreto e o perfil metlico deve ser completa e a linha neutra
da seo plastificada deve estar na laje de concreto (FIGURA 2.7), representado pelas
equaes 2.50 e 2.51:
ydbicd fAabf 85,0 (2.50)
ydbiRd fAQ (2.51)
Obedecendo aos seguintes critrios:
abfC cdcd 85,0 (2.52)
ydbiad fAT (2.53)
bf
Ta
cd
ad
85,0 (2.54)
2dTM adRd (2.55)
Onde:
cdf = Resistncia de clculo do concreto compresso;
a = espessura da regio comprimida da laje;
b = largura efetiva da laje de concreto;
biA = rea do banzo inferior;
ydf = resistncia de clculo ao escoamento do ao;
30
RdQ = somatrio das foras resistentes de clculo dos conectores de
cisalhamento;
cdC = fora resistente de clculo da espessura comprimida da laje de concreto;
adT = fora resistente de clculo da regio tracionada do perfil de ao;
RdM = Momento fletor resistente de clculo;
2d = distncia entre as foras de trao e compresso na trelia mista.
b
a a/2
T
c
f
0,85f
d2
cd
ad
yd
cd
LNP
t c
FIGURA 2.7: Distribuio de tenses em trelia mista
com interao completa NBR 8800(2008)
2.5.2.2. Deslocamentos verticais Anlise elstica
Para a determinao da deflexo vertical, a NBR 8800 (2008) indica que os clculos
devem ser feitos no regime elstico, no qual as propriedades geomtricas da seo mista
precisam ser obtidas homogeneizando-se a seo composta pelo perfil de ao, e a laje de
concreto dividindo a largura efetiva pela seguinte razo modular:
c
EE
E (2.63)
Onde:
E = Mdulo de elasticidade do ao;
cE = Mdulo de elasticidade secante do concreto.
31
Na trelia mista, o momento de inrcia da seo mista homogeneizada calculado
reduzindo a inrcia da seo mista, composta pelo banzo inferior e a largura efetiva da
laje de concreto, em 15% da inrcia da trelia de ao composta pelos banzos superior e
inferior, como mostra a equao 2.64:
treltmef III 15,0 (2.64)
32
CAPTULO 3
3. PROGRAMA EXPERIMENTAL
3.1. Introduo
O programa experimental foi realizado no Laboratrio de Estruturas Prof. Altamiro
Tibiri Dias do Departamento de Engenharia Civil, da Escola de Minas, da
Universidade Federal de Ouro Preto, em parceria com a empresa V&M do Brasil,
responsvel pelo dimensionamento e fornecimento do prottipo ensaiado. Os objetivos
do ensaio foram determinar a resistncia global, avaliar o comportamento do sistema e
sua deformabilidade, monitorar a distribuio de tenses nos ns da trelia de ao,
conectores de cisalhamento, laje de concreto e armaduras. Com a finalidade de simular
as situaes reais da prtica construtiva, a V&M do Brasil forneceu um prottipo em
escala real, contendo todos os elementos necessrios para utilizao do sistema misto
em condies prticas normais.
O dimensionamento da estrutura feito com base nas prescries normativas
apresentadas no captulo anterior e teve como objetivo, determinar a resistncia de
clculo para preparao do projeto de instrumentao e monitoramento do conjunto
experimental, assim como as anlises numricas para determinao das cargas de
projeto.
3.2. Prottipo ensaiado
3.2.1. Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao
O prottipo ensaiado consiste numa trelia metlica associada laje de concreto. A
trelia apresenta as propriedades e dimenses indicadas na Tabela 3.1 e na Figura 3.1.
As caractersticas fsicas do ao estrutural da viga treliada foram determinadas por
meio de ensaios de caracterizao dos materiais realizados pela V&M do Brasil.
33
TABELA 3.1
Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao
Trelia
Altura
(mm)
Largura
(mm)
Espessura
(mm)
Dimetro
(mm)
Tenso de
escoamento
(MPa)
Tenso
ltima
(MPa)
Seo
transversal
Banzo
superior
120
150
4,8
-
456
720
Banzo
inferior
120
150
6,4
-
456
720
Diagonais - - 6,4 101,6 442 930
Montantes - - 6,4 60,3 442 930
Chapas de
reforo 1
110
683
12,5
-
350
450
Chapas de
reforo 2
110
533
12,5
-
350
450
Chapas de
reforo 3
110
1250
12,5
-
350
450
34
(a) Dimenses geomtricas reais da trelia metlica [mm]
35
(b) Dimenses da placa de apoio [mm]
(c) Dimenses da base de apoio [mm]
(d) Dimenses dos conectores de cisalhamento [mm]
FIGURA 3.1: Dimenses e caractersticas fsicas da trelia de ao
36
A trelia possui cinco pontos de reforos nodais exercidos por chapas planas em ao
estrutural soldadas nas paredes laterais, inferiores e superiores dos banzos, cujas
dimenses e propriedades esto descritas na Tabela 3.1. A localizao das chapas e as
caractersticas fsicas so ilustradas na Figura 3.2. As chapas so reforos nos ns
projetadas em funo de uma condio de carregamento diferente do ensaiado para
resistir ao mecanismo de falha estabelecido a partir do dimensionamento da trelia mista
nas condies do projeto original.
(a) Chapas de reforo 2
(b) Chapas de reforo 1 (extremidades) e chapa de reforo 3 (central)
FIGURA 3.2.: Posicionamento das chapas de reforos nodais
37
Na Figura 3.3, tem-se uma vista geral da trelia ensaiada.
FIGURA 3.3: Viga treliada sobre apoios no laboratrio
de estruturas Prof. Altamiro Tibiri Dias
3.2.2. Propriedades fsicas e geomtricas da laje de concreto
A laje componente do sistema misto foi concretada no laboratrio com as seguintes
caractersticas geomtricas:
Comprimento: 10m
Largura: 2m
Espessura: 0,10m
Com objetivo de combater os efeitos da fissurao e aumentar a resistncia trao da
placa, a laje foi armada nas duas direes, conforme indicado na Figura 3.4.
A estrutura de escoramento da forma da laje foi desenvolvida para no permitir
deslocamentos durante a concretagem e no perodo de cura do concreto, conforme
ilustra a Figura 3.5.
38
FIGURA 3.4: Armao da laje de concreto
FIGURA 3.5: Estrutura de escoramento da laje de concreto
O processo de concretagem (FIGURA 3.6) ocorreu por meio de mistura mecnica com
adensamento por imerso. O perodo de cura do concreto foi acompanhado por controle
de temperatura e hidratao do concreto. Ensaios de caracterizao do concreto
comprovaram a resistncia caracterstica do concreto de 25,88MPa, muito prxima de
25MPa prevista por dosagem experimental.
39
FIGURA 3.6: Concretagem da laje no laboratrio
de estruturas Prof. Altamiro Tibiri Dias
3.3. Montagem Experimental
A montagem do ensaio foi desenvolvida para reproduzir situaes prticas de
carregamentos verticais aplicados s vigas metlicas. Para isso, o prottipo foi
posicionado na laje de reao do laboratrio, que possui furos a cada 50cm e capacidade
mxima de 500kN por furo, de forma a permitir a fixao dos prticos de reao e
contenes laterais.
3.3.1. Sistema de apoio e conteno lateral do prottipo
A trelia foi apoiada em blocos de concreto na altura necessria para viabilizar a
instrumentao futura e sobre os blocos foram posicionados aparelhos de apoio
(FIGURA 3.7a). Para impedir o movimento lateral da viga, foram projetadas contenes
laterais posicionadas no banzo inferior da trelia de ao e na laje de concreto
(FIGURAS 3.7b e 3.7c). As contenes foram responsveis por apoiar lateralmente a
viga mista, mas permitindo o deslocamento transversal vertical na direo do
carregamento, servindo apenas como controle de eventual tombamento da estrutura.
40
(a) Aparelho de apoio
(b) Contenes laterais da viga metlica
(c) Contenes laterais da laje
FIGURA 3.7: Sistema de apoio e contenes laterais da viga mista
41
3.3.2. Sistema de aplicao do carregamento
A aplicao dos carregamentos foi simultnea e feita por meio de trs atuadores
hidrulicos, fixos aos prticos de reao. A Figura 3.8 mostra o sistema de aplicao de
carga dos atuadores hidrulicos na laje de concreto e o posicionamento dos mesmos na
trelia mista. Cada atuador hidrulico tem capacidade de 500kN e possui uma clula de
carga cuja extremidade possui rtula para manter a verticalidade do carregamento.
Foram adicionadas placas metlicas sob as rtulas para melhor distribuio do
carregamento e evitar um eventual esmagamento do concreto por concentrao de
tenses na regio de aplicao da carga.
(a) Atuador hidrulico sobre a laje
(b) Posicionamento dos atuadores hidrulicos [mm]
FIGURA 3.8: Sistema de aplicao dos carregamento
42
3.4. Estudo qualitativo da distribuio de tenses
Com objetivo de instrumentar as principais regies do prottipo, foi realizada uma
anlise numrica em uma tese de doutorado em andamento (MARTINS, 2011a, 2010,
2011b), que desenvolveu um modelo tridimensional em elementos finitos utilizando o
programa computacional Ansys 11.0. O modelo apresentou as distribuies de tenses
do sistema estrutural que auxiliaram no posicionamento ideal da extensometria como
mostra a Figura 3.9.
1
MN
MX11
X
Y
Z
0
.027778.055556
.083333.111111
.138889.166667
.194444.222222
.25
NOV 14 2011
17:21:08
NODAL SOLUTION
STEP=1
SUB =16
TIME=2.68
SEQV (AVG)
DMX =16.701
SMN =.216E-04
SMX =.471767
FIGURA 3.9: Frao do modelo da trelia mista em elementos finitos (MARTINS, 2011)
3.5. Instrumentao
A instrumentao representou uma etapa fundamental na realizao do ensaio
experimental por ser responsvel pela realizao do monitoramento do comportamento
da estrutura.
O monitoramento das deformaes foi executado por extensmetros eltricos de
resistncia unidirecionais e rosetas a 45 para os elementos em ao e extensmetros
unidirecionais para elementos de concreto, posicionados em vrias regies do prottipo.
43
Deslocamentos lineares foram mensurados por deflectmetros e LVDTs (Linear
Variable Displacement Transducers). Os LVDTs foram responsveis por medir os
deslocamentos verticais da viga mista, e os deflectmetros monitoraram os
deslocamentos dos apoios e da interao entre viga metlica e laje de concreto.
A instrumentao do prottipo foi composta por 32 extensmetros lineares, quatro
extensmetros tipo roseta, quatro LVDTs e sete deflectmetros. A Tabela 3.2 ilustra a
instrumentao utilizada.
TABELA 3.2
Instrumentao utilizada
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450
Tenso de von Mises (MPa)
Ca
rga
(k
N)
Roseta1
44
Tabela 3.2: Instrumentao utilizada (continuao)
45
3.5.1. Sistema de Aquisio de Dados
Para medio dos dados fornecidos pelos extensmetros, rosetas e LVDTs, foi
utilizado um sistema automtico de aquisio e monitoramento de dados controlado por
um computador e softwares de controle e aquisio de dados. O sistema composto por
seis mdulos de oito canais Spider8, como mostra a Figura 3.10, fabricados pela HBM
(Hottinger Baldwin Messtechnic), controlados pelo software Catman 4.5
FIGURA 3.10: Mdulos de aquisio de dados Spider 8
3.6. Metodologia do ensaio
Com objetivo de verificar o funcionamento dos atuadores hidrulicos e testar o sistema
de aquisio de dados, foi realizado um pr-ensaio que consistiu na aplicao gradual de
pequenos passos de carga at atingir o valor de 3kN.
As cargas nos atuadores hidrulicos foram aplicadas manualmente de forma simultnea
com valores aproximadamente iguais, pelos trs atuadores, como mostra as
Figuras 3.11a e 3.11b. Um esquema de projeo de imagem (FIGURA 3.11c e 3.11d)
foi elaborado para permitir o melhor acompanhamento durante o ensaio dos valores de
passos de carga de cada atuador para que cada operador responsvel por aplicar o
carregamento no empregasse valores distintos de carregamento em relao aos demais
operadores. Alm das informaes de carregamento, foram projetados grficos de
deformaes e deslocamento em funo do carregamento, nas regies crticas do
prottipo, propiciando o monitoramento em tempo real, para orientar a determinao
dos valores regulares de passos de carga que, consequentemente, tiveram seus valores
diminudos medida que se detectava plastificao nos elementos.
46
(a) Atuadores manuais
(b) Aplicao simultnea de carregamento
(c) Equipamento de projeo de imagem (d) Projeo dos dados
FIGURA 3.11: Esquema de aplicao de carga simultnea
47
CAPTULO 4
4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS
EXPERIMENTAIS
4.1. Consideraes iniciais
Durante o ensaio, o sistema de aquisio de dados forneceu resultados relativos aos
carregamentos, deslocamentos e deformaes especficas para todos os passos de carga,
demonstrando o bom funcionamento do sistema. Os resultados so expostos em funo
da carga concentrada aplicada pelo atuador hidrulico central, que compe o sistema
estrutural descrito na Figura 3.8, considerando cargas aplicadas simultaneamente. As
deformaes obtidas pelos extensmetros tipo roseta so analisadas em funo do
carregamento, e os dados foram processados de forma a se obter a tenso e a
deformao de von Mises em funo tambm do carregamento. Resultados de
deformao especfica obtidos pelos extensmetros lineares so apresentados em funo
da carga aplicada. Os LVDTs e deflectmetros forneceram grficos dos deslocamentos
em funo do carregamento.
A seguir so apresentados os resultados do programa experimental, nos quais os valores
de deformaes especficas com sinal positivo indicam trao, e as deformaes com
sinal negativo indicam compresso.
Para localizao dos instrumentos e compreenso dos resultados apresentados, ser
adotada a orientao descrita na Figura 4.1, onde os nmeros indicados na Figura 4.1a
representam as ligaes (ns) da trelia metlica, e as letras marcam as diagonais e
montantes. O primeiro apoio denominado de AP1; e o segundo, AP2. A posio
lateral da instrumentao determinada pela diviso do eixo de simetria da viga
compondo os lados L1 e L2, conforme Figura 4.1b.
48
(a) Vista frontal da montagem experimental
(b) Vista x-x
FIGURA 4.1.: Esquema de orientao para localizao dos pontos de instrumentao
4.2. Apresentao e anlise dos resultados das diagonais mais solicitadas
As diagonais A e L foram instrumentadas com extensmetros lineares eltricos,
posicionados como indicado na Figura 4.2. Os resultados indicaram esforos de trao
nas duas diagonais. A diagonal A apresentou valor mximo de deformao de
1662,24, e a diagonal L indicou deformao especfica mxima de 1638,72.
Ensaios de caracterizao apresentados na Tabela 3.1 mostram tenso de escoamento de
fy = 442MPa (2156), comprovando que as diagonais no atingiram deformao
especfica de escoamento para uma carga mxima de 268,77kN do ensaio.
49
FIGURA 4.2: Grfico carga x deformao especfica das diagonais A e L
4.3. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo superior
O banzo superior foi instrumentado com extensmetros lineares posicionados no n 6,
onde ocorrem os maiores esforos de compresso para o banzo superior. A Figura 4.3
apresenta o posicionamento da instrumentao e as deformaes especficas em funo
do carregamento aplicado.
Os extensmetros Ex3, Ex4 e Ex5 foram posicionados no lado L2, e os extensmetros
Ex6, Ex7 e Ex8 localizados no lado L1, de forma simtrica aos do lado oposto. A
instrumentao forneceu os seguintes valores mximos de deformao especfica:
TABELA 4.1
Resultados das deformaes especficas mximas no banzo superior
Posio lateral L2 L1
Extensmetros Ex3 Ex4 Ex5 Ex6 Ex7 Ex8
Carregamento aplicado (kN) 268,39 268,39 268,39 268,39 268,39 268,39
Deformao especfica mxima () -1463,76 -1529,52 -1488 -1019,04 -1079,28 -1040,64
50
FIGURA 4.3: Grfico carga x deformao especfica do banzo superior - N 6
Observando-se os resultados de deformao apresentados, pode-se concluir que no
ocorreu escoamento do material na regio do n 6. O grfico mostra que, inicialmente,
os valores de deformaes dos extensmetros apresentaram pouca disperso e pequenas
deformaes, o que revela a contribuio da laje na resistncia ao esforo de
compresso.
51
4.4. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo inferior
A Figura 4.4 mostra o posicionamento dos extensmetros e os resultados obtidos nas
regies mais solicitadas do banzo inferior.
FIGURA 4.4: Grfico carga x deformao especfica do banzo inferior N 7
O extensmetro Ex9 posicionado do lado L1, responsvel por monitorar a regio da
parede lateral do banzo inferior apresentado no item 2.1.2, indicou deformao
especfica mxima 2032,32, inferior deformao especfica de escoamento
fornecido pelos ensaios de caracterizao de 2224,4.
Dois extensmetros foram posicionados na regio mais crtica do banzo inferior em
relao aos esforos de trao. Os extensmetros Ex10 e Ex11 posicionados nos lado
L2 e L1, respectivamente, indicaram deformao especfica mxima de
3085,92 (Ex10) e 3146,40 (Ex11) caracterizando plastificao na face inferior do
banzo inferior, atingindo a deformao de escoamento para o carregamento de 235kN.
Observa-se uma pequena no linearidade das deformaes no banzo em relao ao
carregamento indicando a possibilidade de outros mecanismos terem influenciado o
comportamento da trelia em ensaio e no somente a flexo do conjunto.
52
4.5. Monitoramento na interface ao-concreto
O extensmetros Ex12 e Ex13 foram posicionados no n 6 na parede superior do banzo,
prximo ao conector central de cisalhamento na interface ao-concreto, como mostra a
Figura 4.5. A instrumentao teve os objetivos de monitorar as deformaes ocorridas
na interface ao-concreto e avaliar a capacidade resistente aos esforos resultantes da
flexo global da estrutura. Os resultados mostram que este elemento ficou totalmente
comprimido.
FIGURA 4.5: Grfico carga x deformao especfica no banzo
superior - interface ao-concreto
Os resultados mostraram que o extensmetro Ex12 atingiu a deformao especfica de
escoamento, alcanando valores de 2946,24 para o ltimo incremento de carga de
268,77kN, o que caracteriza comportamento plstico do material. O Extensmetro Ex13
apresentou valor de deformao mxima de 1210,80, inferior deformao especfica
de escoamento. Observa-se tambm a perda da linearidade das deformaes no
extensmetro Ex12 caracterizando a perda de conexo entre o ao e o concreto.
53
4.6. Apresentao e anlise dos resultados nas armaduras
O objetivo dos extensmetros foi medir as deformaes desenvolvidas na laje ao longo
de sua altura. Essa instrumentao permite uma leitura completa das deformaes
desenvolvidas ao longo de toda a seo transversal mdia da estrutura mista. Os
resultados mostram uma pequena diferena nos valores das deformaes dos
extensmetros mais acima do banzo (Ex15 e Ex16) em relao aos mais afastados
(Ex14 e Ex17) o que mostra o efeito Shear lag.
A Figura 4.6 expe a localizao e os resultados das deformaes em funo do
carregamento aplicado.
No foi observada a presena de fissurao na laje de concreto durante o ensaio. Os
valores indicam que as armaduras sofreram tenses de compresso, revelando que a laje
de concreto manteve-se comprimida na regio das armaduras longitudinais.
FIGURA 4.6: Grfico carga x deformao especfica das armaduras
54
4.7. Apresentao e anlise dos resultados na laje de concreto
A Figura 4.7 ilustra o posicionamento dos extensmetros e apresenta os resultados
obtidos atravs da instrumentao na laje de concreto.
FIGURA 4.7: Grfico carga x deformao especfica da laje de concreto
As deformaes medidas pelos extensmetros Ex18 e Ex19, localizados na face
superior da laje de concreto, apresentaram valores elevados. O extensmetro Ex19
apresentou valores menores de deformao, caracterizando a presena imperfeies da
laje naquela regio.
Extensmetros posicionados na face inferior da laje de concreto (Ex20 e Ex21)
forneceram valores insignificantes de deformao, que denotam esforos desprezveis
de trao no concreto.
55
4.8. Apres
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