Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 57-60, 2006
ESTUDO DE LIGAÇÕES MISTAS VIGA-PILAR
Silvana De Nardin1 & Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs2
R e s u m o
A contribuição da laje para o comportamento da ligação viga-pilar constitui um fator importante, cuja principal metodologia de estudo é a análise experimental devido à complexidade em estimar o comportamento e a contribuição de cada um dos componentes para a capacidade resistente a momento fletor e rigidez inicial. Neste trabalho são apresentados quatro ensaios de ligação cruciforme viga-pilar utilizando pilares mistos preenchidos. Lajes em concreto armado, mista com forma de aço incorporada e mista apoiada sobre a mesa inferior da viga de aço foram as variáveis analisadas experimentalmente. Os resultados mostraram que a ligação com chapa passante comporta-se como rotulada sem a presença da laje. Ao adicionar a laje, verifica-se um ganho considerável na capacidade resistente a momento fletor, sendo maior o acréscimo quando a laje mista é apoiada na mesa inferior da viga.
Palavras-chave: ligação viga-pilar, elementos mistos, ligação mista, ensaios.
STUDY OF BEAM-COLUMN COMPOSITE CONNECTION
A b s t r a c t
The contribution of the slab for the behavior of the beam-column connection is a very important aspect, whose main study methodology is the experimental analysis due to the complexity in foreseeing the behavior and the contribution of each one of the components for the beam capacity and initial stiffness. This study presents test results of the four beam-column connections with concrete filled steel tube columns. Reinforced concrete slab, composite slab and composite floor where the beam is contained within the slab depth where tested. The test results shown the penetrated shear flat connection can be considered a pinned connection without the slab. The bending capacity was significantly increased when the slab was added and the composite slim floor contribution to the beam-column connection bending capacity was the most important.
Keywords: beam-column connection, composite elements, composite connection, tests.
Linha de Pesquisa: Estruturas de Concreto e Alvenaria e Estruturas Metálicas.
1 Pós-doutorado em Engenharia de Estruturas - EESC-USP, snardin@sc.usp.br
2 Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, analucia@sc.usp.br
Silvana De Nardin & Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs 58
1 INTRODUÇÃO
Uma ligação é denominada mista quando a laje, seja ela de concreto armado ou mista, participa da transmissão de momento fletor de uma viga mista para um pilar ou para outra viga mista no vão adjacente. O comportamento típico da ligação mista pode ser dividido em quatro trechos, cada um com suas peculiaridades: elástico, elástico com fissuras, inelástico e plástico. O comportamento das ligações mistas depende da influência de cada um de seus componentes e da configuração da ligação. Quanto aos componentes, o comportamento da ligação mista é influenciado pela relação força-deformação de cada componente e pelos braços de alavanca entre os diversos componentes. Em geral, cada componente tem comportamento força-deformação não linear e limitações que podem ocasionar a falha da ligação como um todo. Quanto e como cada componente contribui para o comportamento global da ligação depende, principalmente, da sua localização em relação à linha neutra.
Quanto à configuração, é comum, em ligações que apresentam alta rigidez e resistência, a capacidade resistente ser limitada pela instabilidade local na região comprimida e por deformação excessiva. Cantoneiras de mesa e de alma são freqüentemente usadas devido ao baixo custo de fabricação e montagem, entretanto, não proporcionam a mesma continuidade que as ligações com chapa de extremidade ou soldadas.
A laje de concreto armado ou mista é parte integrante da viga mista e um dos componentes da ligação mista. O comportamento força-deformação da laje tem forte influência no comportamento momento-rotação da ligação mista. A contribuição da armadura da laje no comportamento da ligação depende da taxa de armadura, da distribuição e propriedades mecânicas do aço da armadura, do tipo de laje e largura efetiva, da resistência do concreto à tração e da aderência aço-concreto. Devido à complexidade do comportamento da ligação viga-pilar e à série de fatores que interferem neste comportamento, a forma mais eficiente de estudar o comportamento das ligações mistas é a análise experimental.
2 METODOLOGIA
A análise experimental foi utilizada como meio para estudar ligações mistas entre vigas mistas e pilares mistos preenchidos. Como ponto de partida, uma ligação de aço foi ensaiada como referência. Ao todo, quatro ligações cruciformes viga-pilar com chapa passante foram ensaiadas tendo, como principal variável, a existência de laje, seja ela em concreto armado ou mista com forma incorporada. Além da laje na posição convencional apoiada sobre a mesa superior da viga, em um dos modelos de ligação a laje mista foi posicionada apoiada na mesa inferior compondo um piso misto de pequena altura. Os detalhes de ligação propostos se aplicam a pilares de centro, de seção quadrada ou retangular do tipo misto preenchido (Tabela 1) e foram ensaiados com a aplicação dos carregamentos mostrados na Figura 1.
Estudo de ligações mistas viga-pilar
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 57-60, 2006 59
Tabela 1 – Modelos de ligação ensaiados
Modelo Pilar Viga Laje Conectores
Ligação 1 ** **
Ligação 2 C. A. 20
Ligação 3
Ι 250x37
Mista 28 Ligação 4
200x200
Ι assimétrica Piso misto 20
1650
2100
1500 1500
F constante F constante
F variável F variável
Figura 1 – Esquema de ensaio.
3 RESULTADOS E CONCLUSÕES
A título de avaliar a contribuição da laje de concreto armado e mista, no comportamento da ligação com chapa passante, são apresentados os resultados momento vs. rotação da extremidade da viga ( Figura 2) e a configuração final dos modelos com laje ensaiados (Figura 3).
0 30 60 90 120 150 180
0 10 20 30 40
Ligação 1: 01 Ligação 1: 02 Ligação 2 Ligação 3 Ligação 4
Rotação da viga (mrad)
Momento (kN.m)
a) Rotação na extremidade das vigas b) ruptura do parafuso
Figura 2 – Contribuição da laje no comportamento da ligação mista.
Nos modelos com laje sobre a viga de aço, a ruína ocorreu por ruptura de um dos parafusos ao cisalhamento. No modelo Ligação 4, ocorreu escoamento da
Silvana De Nardin & Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs 60
armadura mas, em todos os casos, a presença da laje aumentou o momento resistente e a capacidade de rotação da ligação com chapa passante que, sem a laje, se comporta como rotulada (Tabela 2).
a) Ligação 2 b) Ligação 3 c) Ligação 4
Figura 3 – Configuração final.
Tabela 2 – Resultados experimentais
Modelo Força máxima (kN) Momento máximo (kN.cm) Desloc. (mm)
Ligação 1 1,72 2,58 11,21
Ligação 2 46,01 69,02 60,30
Ligação 3 36,91 55,36 45,24
Ligação 4 108,7 163,1 58,01
Embora os resultados experimentais ainda estejam em fase de análise, é fato que considerar a contribuição da laje no comportamento e na capacidade resistente da ligação viga-pilar é importante e os valores encontrados são bastante expressivos tendo sido usada uma taxa de armadura na laje de aproximadamente 1% em todos os elementos ensaiados.
4 AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo pelo apoio financeiro na realização dos ensaios e pela bolsa de pós-doutorado.
5 REFERÊNCIAS
DE NARDIN, S. (2003). Pilares mistos preenchidos: estudo da flexo-compressão e de ligações viga-pilar. São Carlos. 323p. São Carlos. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo.
DE NARDIN, S. (2006). Investigação de dispositivos de ligação entre pilares preenchidos e vigas mistas em pavimentos mistos delgados: estudo da contribuição da laje. São Carlos. (Pós-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. 61-64, 2006