Linha de Pesquisa: Estruturas de Concreto e de Alvenaria.
1 Doutoranda em Engenharia de Estruturas - EESC-USP, salmeida@sc.usp.br
2 Professor Titular do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, jbhanai@sc.usp.br
Sandra Freire de Almeida & João Bento de Hanai 46
1 INTRODUÇÃO
As estruturas de concreto pré-moldado caracterizam-se por apresentar facilidade e rapidez durante a execução e melhor qualidade dos elementos. Porém, a necessidade de realizar as ligações é um dos principais problemas enfrentados neste tipo de estrutura. As ligações são de fundamental importância tanto para a produção (execução dos elementos adjacentes, montagem e realização das ligações), como para o comportamento global da estrutura. Usualmente na análise estrutural, as ligações são idealizadas com vinculação ideal (articuladas ou rígidas), porém o comportamento real pode ser considerado como intermediário entre esses extremos, ou seja, que existe deformabilidade das ligações, transmissão parcial de momentos e possibilidade de deslocamento relativo entre os elementos (ligação semi-rígida).
A análise dinâmica tem-se revelado um método de grande importância na avaliação da integridade e da segurança estrutural, complementa os ensaios estáticos e fornece informações integradas a respeito da rigidez e do amortecimento do sistema. Tem sido utilizada para: estimar parâmetros estruturais, determinar a localização e extensão de danos, avaliar a rigidez equivalente de elementos danificados, detectar mudanças na deformabilidade, e ponderar sobre o envelhecimento de estruturas. A utilização de ensaios não-destrutivos dinâmicos pode representar uma vantagem na obtenção dos valores de deformabilidade, pois não é necessário levar o modelo físico a ruptura, e como o comportamento dinâmico é direcionado pelas propriedades dos elementos e pelas ligações entre eles, qualquer alteração ocorrida nos elementos ou variação das condições das ligações, provoca um efeito direto nas propriedades dinâmicas do sistema como um todo.
O estudo da fissuração progressiva de elementos estruturais de concreto, que se manifesta com o aumento do carregamento, pode ser aprimorado com a utilização de modelos constitutivos baseados na Mecânica do Dano, que é adequada para analisar o comportamento de materiais que apresentam microfissuração. As equações constitutivas devem ser formuladas incluindo-se uma variável que quantifica o processo de microfissuração do material (Nóbrega, 2004). A variável de dano é diretamente relacionada à redução progressiva das propriedades do material, sendo possível acompanhar a evolução do processo de deterioração do material, a partir da estrutura íntegra até a macrofissuração.
O objetivo geral da pesquisa é o desenvolvimento da análise da deformabilidade de estruturas de concreto em função de níveis crescentes de danificação do concreto e suas ligações com armaduras e insertos metálicos, focalizando a semi-rigidez das ligações de elementos pré-moldados. Os objetivos específicos são: a) determinar o amortecimento, os modos de vibração e a freqüência natural de corpos-de-prova e modelos físicos de elementos e ligações, de forma a estabelecer critérios dinâmicos para avaliação do estado de danificação do material;
b) realizar a análise modal completa de elementos simples (vigas e pilares isolados), e posteriormente, de uma estrutura composta por tais elementos, de tamanho reduzido, inclusive utilizando ligação constituída por compósito de fibra de carbono; c) determinar a rigidez de diversos tipos de ligação pelo método direto, variando o tipo de material; d) comparar os resultados experimentais com os numéricos obtidos via discretização da estrutura pelo MEF, com modelos fundamentados na Mecânica do Dano Contínuo; e) obter os parâmetros necessários para a modelagem das estruturas de concreto com a utilização dos modelos de dano de Mazars e La Borderie.
Análise experimental estática e dinâmica da rigidez de ligações de elementos...
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 45-48, 2006 47
2 METODOLOGIA
Métodos experimentais de análise estática e dinâmica serão empregados, tanto no que se refere à introdução de danos por meio de ações repetidas quanto à observação do comportamento vibracional provocado por excitações aleatórias ou na forma de varredura de freqüências. A modelagem numérica também será realizada, com a aplicação do Método dos Elementos Finitos e da Mecânica do Dano Contínuo.
3 DESENVOLVIMENTO
A pesquisa encontra-se na fase de planejamento dos ensaios experimentais.
Nessa etapa preliminar foram realizados ensaios-piloto para a verificação do funcionamento do esquema de ensaio dinâmico e das condições de contorno, com a utilização dos equipamentos disponíveis no Laboratório de Estruturas, em modelos em escala real. Foi analisada a possibilidade de determinar a rigidez da ligação pelo método direto (Nóbrega, 2004), por meio dos valores de aceleração medidos. Esses ensaios não-destrutivos foram feitos com Baldissera (2006), que desenvolveu um estudo experimental sobre o comportamento de uma ligação viga-pilar parcialmente resistente a momento fletor, onde foram utilizados chumbadores inclinados. Foram ensaiados 2 modelos físicos: com pilar intermediário e com pilar de extremidade.
a) Desenho esquemático do modelo E (Baldissera, 2006).
b) Ensaio com sinal aleatório.
c) Vista geral do modelo com pilar intermediário. Ensaio dinâmico.
Figura 1 – Características dos modelos ensaiados [Medidas em centímetros].
Os ensaios dinâmicos foram realizados nos modelos no estado íntegro e após a ruptura (realização do ensaio estático). O método de ensaio consistiu na obtenção das freqüências naturais da estrutura, por meio de uma varredura de freqüências – sinal de excitação aleatório. Conhecidas as freqüências da estrutura, era aplicado um sinal senoidal de freqüência igual à 1ª freqüência natural. Nessa etapa, foram utilizados 2 acelerômetros, posicionados de forma que fosse possível obter pela diferença dos valores medidos alguma informação sobre deformabilidade da ligação.
4 RESULTADOS OBTIDOS – ENSAIOS-PILOTO
Alguns dos resultados obtidos nos ensaios-piloto, com os modelos da estrutura de concreto pré-moldado, em escala real, são apresentados na Tabela 1.
Sandra Freire de Almeida & João Bento de Hanai 48
Tabela 1 – Resultados dos ensaios-piloto
MODELO COM PILAR
INTERMEDIÁRIO
MODELO COM PILAR DE EXTREMIDADE Condição do modelo Íntegro Fissurado Íntegro Fissurado Freqüência natural do
primeiro modo 4,375 Hz 4,141 Hz 3,516 Hz 3,281 Hz Amplitude (aceleração) 0,001283 g 0,002324 g 0,002179 g 0,003297 g Rigidez da ligação
(lado direito) --- 5013,1 kN.m/rad --- 10161,9 kN.m/rad Rigidez da ligação
(lado esquerdo) --- 1747,4 kN.m/rad --- 9015,5 kN.m/rad
5 CONCLUSÕES PARCIAIS
Os resultados obtidos foram muito diferentes dos obtidos por Baldissera (2006), que realizou ensaios estáticos nos mesmos modelos. Essas diferenças foram atribuídas às interferências ocorridas durante a realização do ensaio dinâmico, tais como: à vibração da estrutura de reação durante a excitação do modelo na freqüência de ressonância; à obtenção dos valores de aceleração no domínio da freqüência, enquanto deveria ter sido feito no domínio do tempo; e à medição do valor da força dinâmica, que foi feita antes do ensaio e não durante. Com essas ponderações, acredita-se que os ensaios-piloto contribuíram consideravelmente para a pesquisa, pois forneceram dados importantes para uma melhor identificação do problema e para o planejamento das novas séries de ensaios.
6 AGRADECIMENTOS
À FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) pela concessão da bolsa de doutorado. À aluna Alice Baldissera e ao prof. Mounir El Debs pela oportunidade e permissão para a realização dos ensaios dinâmicos nos modelos físicos estudados por ela.
7 REFERÊNCIAS
ALMEIDA, S. F.; HANAI, J. B. (2006). Relatório Científico n°1 – FAPESP – Bolsa de Doutorado (Processo 05/52149-1). Título da pesquisa: “Análise experimental estática e dinâmica da rigidez de ligações de elementos pré-moldados de concreto sujeitas a danificação progressiva”. Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
BALDISSERA, A. (2006). Estudo experimental de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado parcialmente resistente a momento fletor. São Carlos.
Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo.
NÓBREGA, P. G. B (2004). Análise dinâmica de estruturas de concreto: Estudo experimental e numérico das condições de contorno de estruturas pré-moldadas. São Carlos. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo.
ISSN 1809-5860
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 49-52, 2006