A b s t r a c t
In this research the behavior of partial moment resistant beam-to-column connections through grouted dowels in precast concrete will be studied. The focus of the research will be the theoretical and experimental analysis of the resistant mecanism of the dowels and its influence in the global behavior of the connection. The influence of the inclination of the dowels on the resistance of the connection will be analyzed, and the influence of its diameter and the concrete compressive strength.
Keywords: concrete structures, precast concrete, beam-to-column connection, semi-rigid connection, partial moment resistance beam-to-column connection.
Linha de Pesquisa: Estruturas de Concreto e de Alvenaria
1 Doutorando em Engenharia de Estruturas - EESC-USP, eduardoaguiar@arquitetura.uema.br
2 Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, mkdebs@sc.usp.br
Eduardo Aurélio Barros Aguiar & Mounir Khalil El Debs 22
1 INTRODUÇÃO
As ligações são regiões de comportamento complexo e ainda pouco conhecido, onde ocorrem concentrações de tensões consideráveis, e portanto, necessitam de grande atenção ao serem concebidas. Segundo ORDONEZ et al.
(1974), a influência das ligações no concreto pré-moldado é tão grande que alguns especialistas afirmam que a dificuldade de projetá-las e de executá-las é que têm impedido a substituição dos métodos construtivos convencionais pelo sistema pré-moldado.
A necessidade de se entender o comportamento das ligações, em especial as ligações semi-rígidas, passa a ser de fundamental importância para o desenvolvimento de um projeto estrutural econômico e que garanta a estabilidade global do sistema.
Uma das maneiras de se entender esse comportamento é o conhecimento dos componentes ativos das ligações. A avaliação das características de deformação e de resistência de cada componente individualmente e a associação desses componentes para analisar o comportamento da ligação como um todo, possibilitam a determinação do comportamento de uma grande variação de ligações.
É oportuno lembrar que o conhecimento dos componentes ativos das ligações é de fundamental importância quando se deseja propor modelos analíticos simplificados que representem o comportamento da ligação semi-rígida.
Dando continuidade à linha de pesquisa sobre ligações semi-rígidas, desenvolvida no Departamento de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos, em particular a tese de doutorado de MIOTTO (2002) e a dissertação de mestrado BALDISSERA (2006), no presente trabalho se propõe realizar um estudo teórico e experimental do comportamento de um componente fundamental da ligação viga-pilar que é o chumbador.
O chumbador pode ser entendido como um componente da ligação, inserido no concreto, capaz de transmitir esforços de cisalhamento entre elementos. Essa transferência de esforços gera um estado de tensões não-uniformes no concreto, submetendo o chumbador a um esforço de flexão máximo junto à interface.
Em função do estado de tensões apresentado e dependendo das dimensões, posicionamento e da resistência do chumbador, além também da resistência e aderência do concreto que o envolve, alguns modos de ruptura podem ser previstos.
Dentre esses modos de ruptura, pode-se citar a formação de rótulas plásticas na seção de máximo esforço de flexão do chumbador.
O modelo teórico para a determinação da capacidade máxima do chumbador à flexão foi desenvolvido por HφJLUND-RASMUSSEN (1963) apud FIB (2003), com base na teoria da plasticidade, para chumbadores retilíneos. A formulação foi apresentada tendo como variáveis alguns parâmetros obtidos experimentalmente, e desta forma, a obtenção desses parâmetros ainda é objeto pertinente de pesquisas.
O estudo teórico-experimental proposto visa um aprofundamento na influência da inclinação dos chumbadores na determinação da resistência e da rigidez das ligações semi-rígidas de elementos pré-moldados, tendo como motivação a grande diferença de resultados obtidos nos estudos experimentais realizados por MIOTTO (2002) e BALDISSERA (2006).
Comportamento de ligações viga-pilar parcialmente resistentes a momento fletor...
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8 n. 32, p. 21-24, 2006 23
2 METODOLOGIA
Para a realização da pesquisa, foi necessária a idealização de um modelo físico, composto de três prismas de concreto, sendo que dois destes possuem as mesmas dimensões e estão ligados a um prisma maior por meio de dois chumbadores solidarizados por chapas de aço, porcas e arruelas, conforme ilustrado na “Figura 1”.
Na análise experimental serão avaliadas previamente três inclinações para os chumbadores, além de três diâmetros comerciais diferentes. As inclinações a serem analisadas serão de 0o, que representa o chumbador normal à interface entre o consolo e o pilar, 45o e 60o. Os diâmetros estudados serão de 16mm, 20mm e 25mm, e, para verificar a influência da resistência do concreto no comportamento do chumbador, os espécimes serão confeccionados com pelo menos dois valores diferentes de resistência à compressão.
(a) perspectiva do modelo (b) corte longitudinal do modelo Figura 1 – Modelo físico idealizado.
Na ligação viga-pilar existe também a influência da reação de apoio da viga, responsável pela mobilização de forças de atrito horizontais, que também será simulada com a aplicação de cargas horizontais em alguns modelos. Na pesquisa deverão ser confeccionados 15 modelos físicos distintos.
Os modelos serão construídos em escala real 1:1 e deverão ser submetido a carregamentos unidirecionais e também a carregamentos cíclicos, sendo que neste ultimo caso a carga máxima aplicada não chegará próximo ao valor previsto para a ruptura. Os modelos serão instrumentados, sendo colocados extensômetros elétricos para medição das deformações dos chumbadores, além de transdutores e relógios comparadores.
Além da análise experimental descrita, serão realizadas também modelagens numéricas dos espécimes via Método dos Elementos Finitos (MEF), onde serão avaliadas as influências de diversos parâmetros no comportamento da ligação.
Na etapa de modelagem numérica será utilizado o programa computacional DIANA release 9, que tem o Método dos Elementos Finitos como base para o seu
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sistema de análise. Posteriormente os modelos numéricos serão calibrados com base nos resultados obtidos no programa experimental.
3 DESENVOLVIMENTO
A pesquisa ainda está em fase inicial, onde está sendo realizada a revisão bibliográfica, além do detalhamento para a confecção dos modelos físicos a serem ensaiados. Inicialmente está prevista a confecção de três modelos, com as três inclinações de chumbadores a serem analisadas, para a realização do ensaio piloto.
4 RESULTADOS OBTIDOS OU ESPERADOS
É esperado que a capacidade de carga dos modelos confeccionados com chumbadores inclinados seja superior aos confeccionados com chumbadores retilíneos. Com relação à deformabilidade, espera-se que os modelos confeccionados com chumbadores inclinados apresentem valores de deslocamentos inferiores aos confeccionados com chumbadores retilíneos.
5 CONCLUSÕES PARCIAIS
Como conclusões, espera-se avaliar os mecanismos de resistência e de deformabilidade mobilizados com a alteração na inclinação dos chumbadores.
Uma vez conhecidos esses mecanismos, espera-se que os modelos analíticos propostos consigam reproduzir a influência da inclinação dos chumbadores no comportamento global da ligação, possibilitando a determinação de sua resistência e rigidez.
6 AGRADECIMENTOS
À Universidade Estadual do Maranhão UEMA, pela concessão de bolsa de estudos de Doutorado pelo programa PICDT/CAPES.
7 REFERÊNCIAS
BALDISSERA, A. (2006). Estudo experimental de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado parcialmente resistente a momento fletor. 149p. São Carlos. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo.
FÉDÉRATION INTERNATIONALE DU BÉTON - FIB (2003). Structural connections for precast concrete buildings. Lausanne, Suíça (Texto provisório).
MIOTTO, A. M. (2002). Ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado: Análise com ênfase na deformabilidade ao momento fletor. 234p. São Carlos. Tese (Doutorado) - Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo.
ORDONEZ, J. A. F. et al. (1974). Prefabricacion teoria y prática. Barcelona. v.2.
ISSN 1809-5860
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 25-28, 2006