Mecanismos Básicos para Transferência de Forças

Ligações estruturais são geralmente compostas por um número de componentes que garante a transferência de forças através da ligação como: juntas de preenchimento, tirantes de barras e outros dispositivos de acoplamento, barras ancoradas e zonas de ligação dos elementos pré-moldados interligados. A transferência de forças de um elemento pré-moldado para o outro, ou dentro da ligação global como um todo, está baseado num número de princípios, os quais são apresentados nesta sessão.

4.3.1 Encaixes

Uma ligação pode ser concebida por deslizando um componente dentro do outro em preenchendo o espaço vazio com graute ou concreto especial, ou ainda com adesivos. As soluções com adesivos não são normalmente empregadas em estruturas pré-moldadas. Um exemplo clássico de ligação por encaixe é a ligação pilar-fundação por meio de cálice de fundação. Um outro exemplo é o emprego de detalhes para ligações viga-pilar que utilizam de consolos metálicos inseridos no pilar que ficam encaixados nas

partes inferiores das extremidades das vigas, escondendo assim o consolo. Nesse caso, o espaço vazio entre a abertura e o consolo metálico é normalmente preenchido com adesivo epoxy.

(inserto metálico / adesivo para preenchimento da interface)

Fig. 4.3 Exemplo de ligações por encaixe

4.3.2 Barras Dobradas

Duas ou mais barras adjacentes podem ser acopladas longitudinalmente dentro de um elemento prismático de concreto confinado por estribos. A transmissão das forças de uma barra para a outra é garantida quando o comprimento da dobra é suficiente e o distanciamento entre as barras não é superior a um certo limite.

A ancoragem por dobra é freqüentemente empregada para conectar elementos pré-moldados. Os elementos pré-moldados são dotados de barras salientes, as quais são preenchidas com concreto moldado no local após a montagem. As ancoragens das extremidades pode se apresentar em forma de laços, dobras, ganchos e similares.

Quando o comprimento de dobra requerido não é disponível, a transferência da força entre as barras das armaduras pode ser conseguida inserindo uma barra transversal entre dois ganchos ou entre duas barras em laço. A transferência da força neste caso estará baseada numa combinação de ação de laço e ação de pino.

Fig. 4.5 Barra transversal conectando barras em laço

4.3.3 Ação de Pino (ou Efeito de Pino)

A transferência de ações horizontais de um elemento para o outro em estruturas pré-moldadas é geralmente feita por meio de ligações que se utilizam de chumbadores, nos quais tem-se uma ação de pino conforme apresentada na Figura 4.4.

Fig. 4.6 Princípio de transferência de força cortante por ação do chumbador (efeito de pino)

Neste caso, o chumbador é solicitado por cisalhamento na junta de interface, sendo apoiado por tensões de contato ao longo do trecho do chumbador que está inserido no concreto, sendo que este estado de solicitações gera deformações por flexão no chumbador. No ELU o concreto é esmagado numa região do concreto próxima á interface e aparecem rótulas plásticas no chumbador próximo à interface da ligação. Neste caso, a resistência ao cisalhamento depende basicamente do diâmetro do chumbador e da resistência do concreto. A resistência ao cisalhamento diminui consideravelmente quando a distância de separação entre os dois elementos de concreto conectados é muito grande. De fato, quanto maior for esta distância, maior será a deformabilidade por cisalhamento da barra do chumbador, diminuindo-se a capacidade da ligação de restrição aos movimentos. Por esta razão, deve-se evitar almofadas de apoio muito altas tanto quanto possível. Dependendo das dimensões do elemento de concreto e das distâncias das bordas, pode ser necessário a utilização de uma armadura de fendilhamento (confinamento) ao redor do chumbador. Quando o chumbador é ancorado por aderência ou por ganchos de ancoragem é possível haver um comportamento combinado com ação de pino e efeito de atrito-cisalhamento.

A ação de pino é utilizado em ligações com chumbadores. Os chumbadores somente transferem tensões de chumbador

Concreto in loco Laços de ligação Fôrma temporária

4.3.4 Aderência

A ligação por aderência entre o concreto pré-moldado e o concreto moldado no local somente é considerada para baixas tensões nas interfaces, como por exemplo em ação composta entre as capas de concreto e as lajes de piso. Os fatores que afetam a aderência e a transferência de cisalhamento na superfície da interface são: a rugosidade da superfície; a resistência na superfície e a limpeza na superfície. Resultados de ensaios indicam que o tratamento da superfície do concreto pré-moldado é ao menos tão importante quanto o grau de rugosidade [1]. Fatores como limpeza, adensamento, cura e os cuidados em se molhar bem a superfície do concreto possuem maior influência na resistência ao cisalhamento da interface. Na verdade, através de uma combinação ótima desses fatores, em conjunto com um estudo adequado de traço é possível desenvolver uma boa resistência com uma superfície lisa como por exemplo no caso de extrusão, de formas deslizantes ou apenas por adensamento, o qual é igual ou mesmo maior que aquele obtido para uma superfície rugosa, onde se tem uma menor preocupação com o tratamento da superfície.

4.3.5 Atrito

Em uma junta de interface com alguma rugosidade, as forces de cisalhamento são basicamente transferidas por atrito. Todavia, tensões de compressão são necessárias na interface para criar a resistência ao atrito (fig. 4.7 a). Uma força de compressão permanente pode ser obtida pelas força de gravidade que é transferida através da junta ou por meio de protensão. Para muitas aplicações não é possível obter uma força de compressão nesta direção. Todavia, é possível induzir forças de compressão por meio de barras de armaduras, as quais são colocadas através da junta e deformada quando a ligação é solicitada por cisalhamento (Fig. 4.7 b). Por causa da rugosidade na interface, uma pequena junta de separação terá lugar quando a junta é solicitada por cisalhamento e ocorre um deslizamento ao longo da interface. A junta de separação gera tensões nas barras das armaduras e a força de tração é equilibrada por uma força de compressão através da interface. A força de compressão induzida torna possível a transferência de cisalhamento por ação do atrito, o tão conhecido efeito atrito-cisalhamento (fig. 4.7 c). A resistência ao cisalhamento aumenta com o aumento da armadura transversal e do coeficiente de atrito.

(a) (b) (c)

Fig. 4.7 Transferência da Força de Cisalhamento por Atrito

O princípio de transferência de forças por aderência e fricção é aplicada em juntas longitudinais grauteadas entre os elementos de piso e de parede.

4.3.6 Chaves de Cisalhamento

Forças de cisalhamento podem ser transmitidas através de juntas com faces dentadas (Fig. 4.8.a). As chaves de cisalhamento trabalham como barreiras mecânicas que previnem qualquer deslizamento significante ao longo da junta. O pré-requisito para o funcionamento do sistema é que os elementos são prevenidos contra movimentação sob solicitações de cisalhamento. Isto é feito usualmente por meio de armaduras de tirantes no topo e na base da junta (Fig. 4.8.b). Uma outra solução é colocar armadura em laços transversais ao longo do comprimento da junta (Fig.4.8.c).

(a) (b) (c)

Fig. 4.8 Transferência de Forças em Chaves de Cisalhamento

4.3.7 Chumbadores (ou pinos)

Chumbadores (ou pinos) são empregados extensivamente para transferir forças de tração e de cisalhamento. As ancoragens como chumbadores, luvas rosqueadas, trilhos ou dispositivos fixados em chapas ancoradas nos elementos de concreto (ver Figura 4.9). As tolerâncias são garantidas por meio de orifícios maiores no elemento a ser conectado.

Tipos de chumbadores rosqueados Exemplo de ligação chumbada Figure 4.9 Ligação resistente à tração por chumbadores

4.3.8 Ligações Soldadas

As ligações por soldas podem ser empregadas para conectar diretamente os insertos e barras metálicas que estão salientes nos elementos de concreto, como por exemplo as barras de armadura que estão traspassando (Fig.4.10.a). Uma alternativa é empregar uma peça metálica intermediária, a qual é utilizada como elo de ligação entre os elementos de concreto. Esta peça intermediária pode ser soldada diretamente nas barras salientes (de espera) (Fig.4.10.b) ou em chapas ou cantoneiras de ancoragem embutidas nas

Parafuso inserido

Barra rosqueada ancorada

Para-bolts

extremidades dos elementos (Fig.4.10.c). Essas chapas e cantoneiras estão soldadas junto à outras barras no interior dos elementos de concreto as quais estão fixadas no concreto por meio de ancoragem por aderência ou por meio de ancoragem mecânica.

Fig. 4.10 – Ligações soldadas

4.3.9 Ligações protentidas (pós-tensão)

A técnica da pós-tensão é empregada em construções segmentadas e em paredes de edifícios altos. Bainhas são instaladas dentro dos elementos pré-moldadas e, após a montagem, os cabos de protensão são colocados nas bainhas e pós-tensionados. As ligações entre os elementos são dimensionadas para resistir às forças de tração e de cisalhamento.