T IPOS DE LIGAÇÃO

Além dos diversos tipos de ligação, verifica-se que existe uma gama de parâmetros diferentes em cada ligação, inclusive a influência da(s) viga(s) e da coluna que participam da ligação.

Na figura 2.4, indicam-se diversos tipos de ligação, entretanto, isso não significa que todos os tipos possíveis estejam representados. Nessa figura estão apenas alguns dos tipos mais comuns ou mais fáceis de adotar e construir, diante da atual circunstância de tecnologia e materiais. Por exemplo, o custo elevado de cortar e furar os perfis Ts, da Figs. 2.4(e-f) transformaram-no em obsoleto em relação à ligação com chapa de topo da Figs. 2.4(j-k). Com a nova tendência de empregar colunas em perfis tubulares, alguns desses tipos podem ser modificados ou também ficar obsoletos.

Devem-se verificar os detalhes de cada tipo apresentado (os parafusos, os furos, os filetes de solda, as distancias de bordas, as distancias entre furos, as espessuras de componentes, etc.), bem como que os parafusos podem ter propriedades mecânicas diferentes, ser apertados com pré-tensão, pode ocorrer deslizamento, os furos podem ser com broca ou a punção, de forma alongada, etc. Sem falar das soldas que podem ser com filetes, com penetração total ou parcial, qual o espaço de cordões, etc.

Quando se entra no estudo dos detalhes da ligação propriamente, ficam mais transparentes as várias diferenças, pois ainda pode haver casos em que, por razões de padronização, várias peças tenham a mesma ligação ou seguem um dado gabarito de produção em série (larga escala) e são empregadas em perfis (seções) e vigas (condições de cálculo) diferentes.

Portanto, mesmo para um único tipo de ligação, uma enorme gama de variações geométricas e físicas existe. Explicando, veja-se a chapa de topo estendida, sobre a qual se fizeram inúmeros trabalhos, conforme a espessura de componentes (da chapa e da aba da coluna), do diâmetro do parafuso, pretensão e dos esforços atuantes, pode ocorrer o chamado efeito de alavanca (“prying”). Caso essa mesma ligação seja construída assimétrica, por exemplo, estendida só numa direção, como na Fig. 2.4(j), a resposta estrutural da ligação será composta então de duas curvas M-θ: uma para o momento último maior, similar ao da Fig. 2.4(k), que provoca tração na parte estendida; e outra, com valores de momento último menor, quando se comporta como uma ligação do tipo chapa cortada da Fig. 2.4(i), para o momento de sentido oposto (Yu et al., 1998).

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k) (l) Elementos : (m) (n) Soldas Parafusos (o) (p)

Figura 2. 4 Diversos tipos de ligação:

(a) soldada; (b) chapa de alma lateral; (c) 3 talas soldadas na coluna; (d) 1 tala e 1 suporte; (e) 2 perfis Ts; (f) 2 Ts com 2Ls de alma;, (g) chapa de cabeça; (h) chapa de cabeça e 1 suporte;

(i) chapa cortada; chapa estendida: (j) de 1 lado; (k) de 2 lados; (l) cercada de 4 Ls; (m) 4 Ls (2 de alma, 2 de aba); (n) 2 Ls de aba; (o) 2 Ls de alma; (p) 2 Ls alma e 1 L suporte.

Soldas

Elementos : Parafusos

(a) (b) (c) (d)

Figura 2. 5 Tipos especiais de ligação:

chapa estendida com (a) reforço superior, (b) reforço inferior, (c) T aparafusado na alma; (d) árvore de Natal com 4 talas externas.

Observando a quantidade de exemplos simples de ligação na Fig. 2.4, imagina-se a complexidade que surge para os casos ilustrados na Fig. 2.5, com alguns tipos especiais de ligação que raramente são estudados ou avaliados, embora sejam recursos empregados pelos projetistas, em circunstância especial. Ou seja, o projetista continua desamparado na análise de vários tipos de ligação e para essas condições especiais, que não se pode impedir a priori que apareçam no projeto.

2.1.5 PESQUISA EXPERIMENTAL

Antes de se tratar dos modelos empregados para aproximar o comportamento da ligação, é necessário citar toda a vasta pesquisa experimental que foi produzida ao longo de várias décadas, sobre a qual se fazem hoje diversos trabalhos de aproximações ou calibragens de modelos, e que continua sendo desenvolvida em todo o mundo.

Para se avaliar o esforço de realizar tais ensaios experimentais, podem-se citar os seguintes requerimentos:

a. o aparato de laboratório (máquinas de ensaio, macacos hidráulicos, medidores, ferramental, etc.);

b. os equipamentos para transporte, movimentação, fabricação, montagem e proteção;

c. o material ensaiado, que deve reproduzir condições de amostragem equilibrada (materiais com propriedades similares aos de mercado, lote de confecção ou produção, características geométricas e físicas com valores médios com mínimas variações no cômputo de todas as peças ensaiadas);

d. a mão de obra especializada, que reproduza as condições normais de fabricação e montagem, representando uma avaliação média do trabalho operário do local onde se produzem as estruturas, sempre enquadrada numa determinada qualidade, que deve superar a mínima;

e. a experiência prévia dos pesquisadores. Isso permite a construção de modelos de ensaios, cujos resultados possam aferir as grandezas significativas do estudo com precisão, inclusive na parte de colocação dos medidores, sistemas de leitura, tempo de medições após a aplicação de passos de carga, bem como em avaliar a validade de um ensaio, quando os resultados produzidos demonstram acidentes ou imprecisões na sua execução; e

f. o tempo e os recursos financeiros. Para a amostragem ser representativa, deve- se gabaritar os resultados, fazer comparações, a avaliação do processo, exame de corpos de prova, a calibragem do aparato e dos medidores antes do ensaio, o acompanhamento durante significativo tempo do ensaio, a armazenagem das informações por diversos meios (eletrônico, filmes, fotos, medições), etc. Tudo isso requer considerável tempo dentro do laboratório e representa elevado custo, já que há uma escala e planejamento de utilização dos recursos do laboratório para as suas diversas finalidades.

São muitos os aspectos a se avaliar nos detalhes de uma ligação, o que foge do intuito deste trabalho, mas que ressalta a importância de dados e resultados experimentais, como forma principal de gabaritar as diversas formulações ou modelos existentes e, também, entender os diversos comportamentos apresentados. Esse trabalho conjugado laboratorial-analítico é que tem permitido atingir modelos mais coerentes de ligação, como o das “componentes” (Faella et al., 2000).

Goverdham (1984) reuniu experimentos a partir de 1950, incluindo algumas tentativas empíricas para estabelecer relações entre os dados de momento e rotação. Esses experimentos envolvem, principalmente, as ligações com cantoneiras, com chapa: simples de alma, a de cabeça e a de topo estendida. [Ver Figs. 2.4(m, n, o, b, g & k); respectivamente].

Já Nethercot (1985) selecionou 70 experimentos, dentre os quase 700 disponíveis, estabelecendo equações empíricas para esses dados. Os tipos de ligação abordados são os mesmos de Goverdham, acrescentando-se: cercadas com 4 cantoneiras e de 2 perfis

T, com ou sem 2 cantoneiras de alma. correspondendo às Figs. 2.4(l, e-f).

Os trabalhos de Goverdham (1984) foram estendidos por Kishi & Chen (1990), reunindo tanto ligações com rebites como com parafusos e soldadas, realizadas no período de 1936 a 1986. Os resultados de ensaios foram comparados com aproximações propostas por outros pesquisadores (Frye & Morris, 1975; Chen & Lui, 1985, e Kishi & Chen, 1987).

Neste século, o comitê do Eurocode 3, editores do Anexo J, bem como outros grupos de pesquisa europeus, tem desenvolvido uma série de ensaios experimentais (Weynand, 1992) e estudos analíticos baseados no método das “componentes”, dispondo de um grande material de pesquisa já consolidado (Faella et al., 2000). Alguns pesquisadores têm também estudado o efeito das cargas axiais nas colunas modificando o comportamento das ligações (Guisse & Jaspart, 1996).

Desde 2005, o Eurocode 3 (2000) traz novas revisões ou complementos, abrangendo uma série de áreas e apresentado desenvolvimento marcante nesse tema de ligações, em relação às outras normas, mesmo à americana. Algumas normas, como a BS 5950 (1990) e o AISC (2005) fornecem alguma ajuda ao projetista, fornecendo algumas ligações padronizadas (totalmente detalhadas) recomendadas para o projeto.

Outra parte crítica de toda essa pesquisa experimental reside no fato dos ensaios serem, em sua maioria, realizados com perfis laminados leves ou de peso médio, requerendo extrapolações quando se requer empregar outros perfis mais pesados, ou também ligações que usam outros tipos de seção – por exemplo, as tubulares. Além disso, cada ligação possui resistência, rigidez e características rotacionais, enfim, próprias e diferentes, que dependem de detalhes cuja avaliação por meio de ensaios é improvável, por causa do alto custo e do tempo envolvidos (Patel & Chen, 1984).

Até aqui, falou-se apenas das ligações entre peças de aço. Porém, não se pode esquecer o outro ramo de pesquisa que envolve o concreto nas estruturas mistas. Assim como há as vigas mistas (em que a laje de concreto participa como uma aba superior), há as colunas mistas (em que os perfis I de aço são revestidos pelo concreto, ou os tubo de aço preenchidos de concreto), bem como as ligações mistas (Queiroz et al., 2002). Essas ligações envolvem pilares e vigas que podem também ser mistas, de aço ou de concreto. Resulta que até a nomenclatura difere, o termo “colunas” da metálica é substituído por “pilares”, adotado nos outros ramos. Este assunto está fora do escopo desta tese.

Por causa dos terremotos de Northridge em 1994 (FEMA, 2000) e Kobe, em 1995, foram realizadas forças-tarefas de pesquisa nos EUA para o estudo de ligações sob condições dinâmicas (Galambos, 2000) e, posteriormente, com o ataque terrorista ao Word Trade Center (Astaneh-Asl, 2003) foi dada ênfase às condições de incêndio.

Já na Europa, o desenvolvimento da tecnologia das construções mistas, concreto- aço, tem sido preponderante, levando às pesquisas voltadas para as ligações mistas (Bjorhovde et al., 1996). Assim, as pesquisas com relação às ligações simples, curvas M-θ sob cargas monotônicas, foram colocadas em segundo plano nos principais centros de pesquisa e algumas ligações não receberam até agora contribuições do mesmo porte das já extensamente ensaiadas de forma experimental.

A definição de curvas M-θ ajustadas a dados experimentais, como no SCDB “Steel Connection Data Bank” (Chen et al., 1996; Abdalla & Chen, 1995) são eficientes para a análise de pórticos, mas não indicam nenhuma informação sobre o comportamento da ligação (suas deformações e colapso), quanto à variação de parâmetros, não permitindo uma otimização pelo projetista (Shi et al., 1996). Uma melhoria é o estudo combinado de equações teóricas com aproximações empíricas, proposto por Kishi & Chen (1987). Há dez anos, estimavam-se 300 ensaios utilizáveis, dentre 800 realizados (Bjorhovde et al., 1996); atualmente esse número é muito maior.

Por outro lado, procedimentos estabelecidos pelo Eurocode 3 (1992), Anexo J, permitem a verificação da ligação, mas apenas o emprego da rigidez secante não é adequado para a análise estrutural inelástica de segunda ordem, ou a avançada (Shi et

al., 1996).

Já a definição das curvas M-θ adotando o método das “componentes” parece ter um caminho bastante produtivo, como se observa pelo JMRC “Joint Moment Rotation Curve” (Faella et al., 2000), cujo emprego na prática ainda precisa ser avaliado. É um procedimento que pode ser automatizado, tem certo respaldo experimental, mas precisa ser introduzido na prática dos escritórios.

Outro caminho a ser seguido é o do estudo da ligação com modelos computacionais tridimensionais, que exige recursos nem sempre disponíveis. Significa, assim, que o projetista poderá ficar ainda na situação de ter:

a. dados sobre várias ligações, que não são adequadas às suas necessidades; b. ter a definição de procedimentos para o dimensionamento de diversos tipos;

c. recomendações ou estimativas; mas requerendo informações adicionais específicas para realizar o seu projeto, e não haver forma de obtê-las de maneira simples.

Isso, sem dúvida, representa um desafio a ser vencido no dia a dia do projeto estrutural englobando ligações semirrígidas; portanto, trata-se de uma das justificativas deste trabalho e de seu desdobramento numa possível linha de pesquisa.

Na próxima seção, são indicados os principais parâmetros de uma ligação, em seguida são mostrados os tipos de modelo existentes.