Em que:
𝐻 é força horizontal 𝑉 é a força vertical
𝑏 é a largura do módulo da chapa perfilada 𝑙 é o comprimento do provete
𝜇 é o coeficiente de atrito
A correspondência entre os resultados obtidos no ensaio de escorregamento e o comportamento da lajes mista real é obtida quando os valores de 𝜇 e 𝜏𝑢 são correspondentes a escorregamentos no provete compreendidos entre 2mm e 3mm.
2.2.4 - Ensaios de arranque
O método baseado em ensaios de arranque foi desenvolvido com o objetivo de dar resposta à necessidade de incluir elementos como armadura de flexão e conectores, em lajes mistas, melhorando a resistência da secção[14]. Dada a
32 João Fontes evolução tecnológica, verificada à data (1993), tornara-se possível desenvolver métodos analíticos mais complexos e precisos do que os propostos inicialmente (1967) por Porter e Ekberg[3].
Nesse processo, questionava-se ainda porque é que os resultados do método m-k podiam ser representados por uma regressão linear, como havia sido proposto [3].
A investigação concretizada em Lausanne [14] pioneiramente desenvolveu um modelo numérico que permitiu estudar o comportamento não linear da laje e a influência da conexão na resistência global da laje, tendo sido realizados ensaios de arranque (pull-out) para descrever o comportamento face ao escorregamento (bossas da chapa perfilada) e ensaios tipo push-off para caracterizar a resistência adicionada pelos conectores. O comportamento dos materiais foi depois simplificado, de forma a garantir que os resultados obtidos eram conservativos e se baseavam em modelos dúcteis de transmissão de esforços. Ignorou-se então, a capacidade resistente à tração do betão, a aderência química entre aço e betão, a contribuição da chapa perfilada para resistir a esforços de flexão negativos e a resistência do perfil foi estimada em ensaios de flexão, admitindo redução de resistência devida às bossas do perfil.
Com o objetivo de investigar o comportamento e a capacidade resistente da conexão entre a chapa perfilada e o betão ao longo da interface, recorreu-se a ensaios de arranque (Pull-out), sendo esta conexão assegurada pelas bossas) ou pela própria geometria do módulo. A geometria do perfil condiciona ainda o comportamento da secção ao corte longitudinal, dado que o perfil reentrante não permite separação vertical entre os materiais, contrariamente ao perfil trapezoidal [14][15].
Os corpos de prova deverão ter um comprimento que permita conter um número significativo de deformações (bossas ou entalhes) da chapa perfilada, não devendo no entanto ser exagerado de modo a que a força a aplicar seja demasiado elevada, o que levará à plastificação da secção. Foi sugerida a utilização de provetes com 300mm (+100mm não betonados de ligação entre chapas perfiladas) de comprimento aparafusados costas com costas e betonados com uma camada de 100 mm de espessura em ambas as faces (Figura 26). Antes da betonagem, o perfil
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deve ser tracionado para eliminar instabilidades locais, pois a chapa perfilada é utilizada como armadura de tração em lajes mistas [14].
Chegando à fase de ensaio, são aplicadas forças transversais para simular o peso próprio da laje, sendo estas constantes ao longo do ensaio, e força axial progressivamente crescente no conjunto de chapas perfiladas, apoiando os “blocos” de betão. Periodicamente, registam-se a força axial e o correspondente escorregamento entre o perfil e os blocos de betão. O ensaio dá-se por concluído quando a chapa perfilada se separa dos blocos de betão.
O ensaio permite desenhar gráficos de resistência ao corte, τu, versus escorregamento, que caracterizam o comportamento da conexão como frágil ou dúctil.
No caso de conexões com comportamento frágil, a resistência máxima deve-se à aderência química entre a chapa perfilada e o betão, situação típica de perfis lisos (sem bossas). Contrariamente, conexões dúcteis apresentam a resistência máxima após se verificar escorregamento entre os materiais, normalmente compreendidos entre 1 e 4 mm para a força aplicada máxima [14].
O pico de resistência observado na Figura 27 para um escorregamento de 0mm deve-se à aderência entre os materiais, sendo esta componente da resistência normalmente desprezada por ter comportamento frágil na rotura.
34 João Fontes Comparando os resultados obtidos pelo método “m-k” [3] com os ensaios de escorregamento [14], concluiu-se que o modelo de elementos finitos baseado no comportamento descrito pelos ensaios de escorregamentos, fornece resultados razoáveis e conservativos, analogamente ao método “m-k”.
2.2.5 - Método das forças de equilíbrio
O método das forças de equilíbrio foi proposto por Li An em 1993 e permite calcular a relação entre a força de corte longitudinal e o escorregamento [18].
Como hipóteses, considera-se o escorregamento constante ao longo do vão de corte, Ls, bem como as tensões devidas ao esforço de corte longitudinal. O eixo neutro localiza-se sempre acima o banzo superior do perfil e, quando o betão fissura, afasta-se deste. O escorregamento que não leva à rotura é desprezável e os raios de curvatura do betão e do aço são iguais. Devido ao escorregamento, há sempre dois eixos neutros e o perfil é solicitado à flexão segundo o seu eixo neutro; secções paralelas mantêm-se paralelas em flexão e normais ao eixo neutro, por fim a resistência à tração do betão é desprezada.
O método baseia-se no ensaio de flexão uma nervura de laje, segundo as mesmas condições de carga do método “m-k”, (Figura 28.
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Durante o ensaio, efetuaram-se medições dos deslocamentos verticais nos pontos de carga, a carga e o escorregamento na extremidade da secção, (Figura 29a,b).
Nos ensaios de flexão, verificou-se que as almas do perfil encurvaram devido ao excesso de força concentrada nas bossas do perfil quando o betão escorregou devido à flexão da laje, sendo este o mecanismo que levou à rotura da laje pela interface [19].
Figura 28 Ensaio de flexão em uma nervura de laje mista (adaptado [19])
Figura 29 Fissuração da laje ensaiada (a); Deslocamentos e curvatura da laje ensaiada (b) (adaptado [18])
Figura 30 Diagrama de corpo livre da laje (a); Diagrama de extensões (b); Diagrama de tensões e esforços internos (c) (adaptado [18])
36 João Fontes Na Figura 30ª, apresenta-se o diagrama de corpo livre que tem por base o método e os digramas tipo de extensões (Figura 30b) e tensões (Figura 30c) da laje mista com interação parcial.
Para lajes mistas com conexão parcial, em qualquer instante, 𝑖, a força de corte longitudinal, 𝐹𝑖, tem a mesma intensidade que a força axial do perfil, 𝑇𝑖, e pode ser determinada pela Expressão 13 [18][19], tendo em conta o binário de forças compressão- tração.
𝐹𝑖 = 𝑇𝑖 =( 𝑃𝑖
2 𝐿𝑠− 𝑀𝑟𝑖) 𝑧𝑖