1 Doutorando em Engenharia de Estruturas - EESC-USP, danild@sc.usp.br
2 Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, mamalite@sc.usp.br
Daniela Lemes David & Maximiliano Malite 90
1 INTRODUÇÃO
O emprego de perfis formados a frio em edifícios de pequeno porte tem representado uma solução economicamente viável e, portanto, bem aceita no ramo da construção metálica.
Como tal concepção não é usual no exterior, as normas estrangeiras não trazem procedimentos específicos para o dimensionamento dessas vigas mistas, o mesmo acontecendo à norma brasileira de dimensionamento de perfis formados a frio - NBR 14762:2001, que por falta de informações técnicas confiáveis, também não aborda o assunto.
As vigas mistas em perfis formados a frio apresentam particularidades em relação às vigas mistas em perfis laminados e soldados, que vão desde os conectores de cisalhamento até a pequena capacidade de rotação da viga de aço, inclusive em seções compactas, limitando assim o momento fletor resistente à plastificação parcial da seção mista, tema ainda pouco pesquisado.
Outra questão relevante consiste nos tipos de laje usualmente empregadas nos edifícios de pequeno porte, em geral lajes pré-moldadas, como por exemplo, as lajes de vigotas treliçadas preenchidas com EPS (poliestireno expandido) ou lajotas cerâmicas, o que dificulta construtivamente a adoção da taxa de armadura transversal recomendada pelas normas.
O presente trabalho consiste na continuidade dos trabalhos de MALITE (1993) e DAVID (2003) e tem como objetivo desenvolver uma investigação teórica e experimental sobre os conectores de cisalhamento e vigas mistas constituídos por perfis formados a frio e laje de vigotas pré-moldadas.
O estudo teórico está sendo realizado por meio de análise numérica, via método dos elementos finitos, empregando o programa ANSYS.
A investigação experimental foi feita através de ensaios de cisalhamento direto (push-out tests) e ensaios de flexão em vigas mistas, complementando os ensaios já realizados.
2 DESENVOLVIMENTO
A simulação numérica visou avaliar o comportamento global do modelo ensaiado, podendo assim analisar as tensões em várias etapas de carregamento e em vários pontos onde experimentalmente não foram instrumentados. Os modelos numéricos foram simulados utilizando elementos tridimensionais e levando em consideração a não linearidade dos materiais
As variáveis dos ensaios de cisalhamento direto foram: altura e espessura do conector, altura da laje, taxa de armadura transversal, e tipo de carregamento (direto e cíclico). Nos ensaios das vigas as variáveis foram: grau de interação, posição do conector, taxa de armadura transversal e esbeltez das vigas.
Em todos os ensaios o carregamento foi aplicado por meio de um atuador servo-hidráulico, com controle de deslocamento. Os modelos foram instrumentados com extensômetros elétricos e transdutores de deslocamento, conforme ilustra a Figura 1.
Vigas mistas constituídas por perfis formados a frio e laje pré-moldada
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 89-92, 2006 91
a) Ensaios de cisalhamento direto b) Ensaio de vigas mistas Figura 1 - Ensaios experimentais.
3 RESULTADOS
Analisando as variáveis notou-se que o ganho de resistência foi mais influenciado pelo aumento da espessura do conector.
Com base na recomendação da norma européia (Eurocode 4, 2001), o conector deve ser classificado como dúctil se o valor característico da capacidade de deformação for igual ou superior a 6mm. Tal exigência foi atendida apenas para os conectores com a relação altura/espessura superior a 25.
Comparando a resistência experimental com a resistência obtida pela expressão empírica da norma americana (AISC-LRFD, 1999) - proposta inicialmente por Slutter & Driscol (1965), através de ensaios de conectores em perfil U laminado - foi possível ajustar a expressão, como ilustra a Figura 2, resultando na Equação 1.
(0,0003 0,0005) ( )1/ 2
Figura 2 - Resultados experimentais para conectores tipo U formados a frio.
Os ensaios das vigas foram finalizados recentemente, pela análise parcial podê-se perceber que a armadura transversal adicional permitiu uma melhor distribuição das fissuras na face superior da laje.
A separação vertical entre a laje e o perfil (up lift) foi maior nas vigas mistas com conectores posicionados na região do EPS, sendo essa separação facilmente notada no final do ensaio.
Daniela Lemes David & Maximiliano Malite 92
O modo de falha das vigas com interação parcial, na ordem de 50%, foi por ruptura do concreto junto ao conector, já nas vigas mistas com grau de interação igual a 90 e 100% a modo de falha foi por esmagamento do concreto na região de momento máximo e excessivo deslocamento vertical.
A plastificação total da seção não foi alcançada em nenhum perfil, porém o momento resistente foi bem próximo ao calculado considerando a plastificação total.
A modelagem tem mostrado bons resultados e continuam sendo realizadas.
4 CONCLUSÕES PARCIAIS
Baseado num conjunto de resultados experimentais foi proposta uma modificação da atual expressão da norma americana (AISC-LRFD, 1999) para cálculo da resistência de conectores em perfil U laminado com o intuito de se avaliar melhor a resistência dos conectores U em perfil formado a frio.
Nas vigas mistas, o posicionamento do conector na região do EPS resultou em um estado limite último caracterizado pela separação vertical entre o perfil e a laje, o que não é muito favorável.
Será ainda proposto um método de cálculo para a resistência das vigas mistas em perfis formados a frio.
5 AGRADECIMENTOS
À FAPESP pela concessão de bolsa de doutorado e suporte financeiro para os ensaios, e à CONCRENASA pela doação das vigotas treliçadas.
6 REFERÊNCIAS
SLUTTER R. G.; DRISCOL. (1965). Flexural Strength of steel-concrete composite beams, Journal of the structural division, v. 91, p. 71-99.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. Draft No. 3 of prEN 1994-1-1,
“Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings”, (2001). Brussels.
AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION, LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN. (1999). Specification for Structural Steel Buildings, Chicago.
MALITE, M. (1993). Análise do comportamento estrutural de vigas mistas aço-concreto constituídas por perfis de chapa dobrada. São Carlos. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo.
DAVID, D. L. (2003). Vigas mistas com laje treliçada e perfis formados a frio:
análise do comportamento estrutural. Goiânia Dissertação (Mestrado) - EEC-UFG - Universidade Federal de Goiás.
ISSN 1809-5860
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 8, n. 32, p. 93-96, 2006