4.2 MODOS DE RUPTURA E DEFORMAÇÃO DOS PERFIS

Todos os perfis ensaiados foram pré-dimensionados, de acordo com as prescrições da NBR 14.762-2001, de modo que a maioria deles apresentasse, no colapso, o fenômeno da ruptura da seção líquida. Diversas cantoneiras apresentaram o modo de falha por esmagamento do aço na região de contato com o parafuso, enquanto outras, por sua vez, apresentaram uma combinação entre os modos de ruptura.

Os modos de falha identificados nas diversas configurações estabelecidas foram os seguintes:

a. Modo de Ruptura I: Ruptura da Seção Líquida

b. Modo de Ruptura II: Esmagamento com início de Ruptura da Seção Líquida c. Modo de Ruptura III: Esmagamento

d. Modo de Ruptura IV: Esmagamento com início de Rasgamento

Nenhum perfil apresentou ruptura exclusivamente por rasgamento e nem ruptura por cisalhamento dos parafusos.

Uma característica importante observada foram as excessivas deformações do perfil como um todo, especialmente as abas desconectadas dos perfis de maior dimensão (abas com 80 mm e 100 mm de largura).

A figura 4.2 mostra uma série de perfis com mesmas dimensões da seção transversal e os modos típicos de ruptura e deformação global. De maneira geral, a falha por esmagamento ocorreu naquelas cantoneiras com apenas uma seção de parafusos e a falha por ruptura da seção líquida ocorreu nos perfis com duas ou mais seções.

Figura 4.2 – comportamento estrutural típico com esmagamento nos perfis com apenas um parafuso por linha e ruptura da seção líquida nos demais, acompanhado do aumento das

deformações na aba não conectada

A seguir, são apresentados exemplos detalhados dos principais modos de ruptura e deformação identificados.

4.2.1 - Falha por ruptura da seção líquida

O fenômeno da ruptura da seção líquida caracteriza-se pela estricção da borda do furo quando a peça está submetida a esforços de tração que ultrapassam a resistência elástica da chapa na região do furo. O material, então, deforma-se plasticamente e, ao atingir a tensão limite, inicia-se uma redução pronunciada na espessura do mesmo, levando à falha da ligação.

A figura 4.3 apresenta uma típica ruptura da seção líquida de uma cantoneira conectada por apenas uma aba.

Figura 4.3 – ruptura da seção líquida ocorrida em duas cantoneiras com uma aba conectada

Observou-se que nos furos próximos do centro do perfil (no sentido longitudinal) é onde ocorre a ruptura da seção líquida, tendo, em alguns casos, ocorrido simultaneamente em furos das duas extremidades da cantoneira.

A figura 4.4 mostra o mesmo modo de ruptura em uma cantoneira conectada pelas duas abas.

A figura 4.5 mostra exemplos de ruptura da seção líquida ocorrida em cantoneiras com duas linhas de parafusos. Nota-se que, nestas configurações, surgem casos com este modo de ruptura em perfis com apenas uma seção de parafusos, onde, na maioria das vezes, ocorreria o esmagamento da chapa no contato com o parafuso.

Figura 4.5 – ruptura da seção líquida ocorrida em cantoneiras com uma aba conectada e duas linhas de parafusos

Na figura 4.6, apresenta-se o modo de falha de ruptura da seção líquida em perfis submetidos a carga excêntrica em relação ao eixo da aba conectada, em perfis com parafusos próximos à borda (figura 4.6a) e próximos à aba desconectada (figura 4.6b).

b) ruptura da seção líquida em parafusos próximos à aba desconectada

Figura 4.6 – ruptura da seção líquida em cantoneiras com ligação excêntrica em relação ao eixo da aba conectada

4.2.2 - Falha por esmagamento

O esmagamento caracteriza-se pelo excesso de deformação do furo do perfil sem, contudo, ocorrer uma ruptura por tração em suas bordas. Essas deformações levam a um “enrugamento” do material adjacente, na direção da borda no sentido de aplicação da carga, devido à compressão que os parafusos provocam nas paredes dos furos. Essas tensões de compressão elevam-se de tal modo que provocam a instabilidade dessa região e, assim, levam ao colapso da ligação. A seguir, são apresentados exemplos onde o esmagamento foi o modo de ruptura preponderante.

Dos 158 perfis ensaiados, 44 deles, ou cerca de 28% do total, apresentaram como modo de falha o esmagamento do material na região de contato dos parafusos.

A figura 4.7 mostra exemplos de esmagamento em cantoneiras com uma e duas seções de parafusos, onde a falha ocorre pela perda de resistência do material comprimido, na direção da borda do perfil.

Figura 4.7 – esmagamento ocorrido em cantoneiras com uma aba conectada e uma linha de parafusos

A figura 4.8 mostra a excessiva deformação sofrida pelos furos antes da perda de resistência da ligação como um todo, tratando-se, nestes casos, de cantoneiras com ligações excêntricas (figura 4.8a) e com todos elementos conectados (figura 4.8b).

a) b)

Figura 4.8 – fenômeno típico do esmagamento ocorrido em cantoneira com ligação excêntrica (a) e com todas as abas conectadas (b)

4.2.3 - Falha por esmagamento combinado com rasgamento e ruptura da seção líquida

Algumas ligações apresentaram um modo combinado de falha, envolvendo normalmente o esmagamento com o rasgamento (figura 4.9) e, raramente, o esmagamento com a ruptura da seção líquida (figura 4.10).

Figura 4.9 – falha por esmagamento combinado com início de rasgamento

Para efeito de manipulação numérica, estes casos de modo combinado de falha foram considerados nas duas situações.

4.2.4 - Modos de deformação

Devido ao surgimento de tensões de compressão nas abas desconectadas durante o processo de tracionamento das ligações, os perfis com maiores seções transversais e menor espessura apresentaram maiores deformações, ou flambagem local da aba. Este fato pode ser observado no perfil da figura 4.11, com abas de 100 mm de largura, chapa de 2,25 mm de espessura e 4 seções de parafusos.

Figura 4.11 – excessiva deformação das abas do perfil

As figuras 4.12 e 4.13 mostram as deformações sofridas por perfis solicitados por ligações excêntricas, em relação ao eixo da aba conectada. Essas deformações são mais pronunciadas naquelas cantoneiras cujos parafusos localizam-se na projeção do centro de gravidade da seção.

Nas ligações excêntricas, cujos parafusos localizam-se próximos à borda livre, as deformações são consideravelmente menores, pois a carga mobilizada pelo perfil nesta situação é, também, bastante reduzida.

Figura 4.12 – deformações em perfis com ligações excêntricas, próximas à aba desconectada

Figura 4.13 – deformações em perfis com ligações excêntricas, próximas à borda livre

Em cantoneiras de abas desiguais, as maiores deformações ocorrem, geralmente, nas abas de maior largura, conforme pode ser visto tanto na figura 4.14, cujas cantoneiras

foram conectadas pela maior aba, quanto na figura 4.15, cujas cantoneiras foram ligadas pela menor aba.

Figura 4.14 – deformações em cantoneiras de abas desiguais, conectadas pelas maiores abas

Figura 4.15 – deformações em cantoneiras de abas desiguais, conectadas pelas menores abas