3 Programa Experimental
3.2.2 Geometria dos Protótipos e Detalhes das Ligações
3.2.2.2 Protótipos CA (com abertura)
A ligação viga-coluna nomeada CA (com abertura), é formada por duas chapas de 12,5mm soldadas de topo em uma das faces da coluna TQ 175 x 175 x 12,7mm.
Estas chapas, por sua vez, são fabricadas com as furações para ligação com a viga TR 300 x 150 x 7,1mm. A viga tubular retangular é fabricada com aberturas de 230mm de comprimento por 150mm de largura, na mesa superior na região da ligação com a coluna. Esta abertura foi prevista para permitir o posicionamento da viga e posterior aparafusamento durante a montagem. Os oito parafusos sextavados de 22,2mm de diâmetro (7/8’’) por 50,8mm de comprimento (2’’) utilizados em cada ligação são instalados com arruelas internas e externas, conforme se observa na Figura 27.
A presença da abertura na mesa da viga deve-se não apenas como medida facilitadora da instalação dos parafusos, mas igualmente, para permitir as manobras necessárias para a montagem dessas vigas na obra, posicionadas entre duas colunas.
29 Percebe-se que sem essas aberturas (ou algum outro detalhe equivalente) não será possível encaixar a viga nas chapas de ligação posicionadas nas faces das colunas.
Figura 27. Perspectiva e montagem dos protótipos CA (com abertura nas vigas).
A Figura 28, a Figura 29 e a Figura 30 apresentam os desenhos de projeto dos protótipos CA.
30 Figura 28. Projeto dos Protótipos CA – Elevação (medidas em milímetros).
Figura 29. Projeto dos Protótipos CA (medidas em milímetros).
31 Figura 30. Projeto dos Protótipos CA – Corte B-B referente a Figura 28 (medidas em
milímetros).
Tabela 6. Lista de materiais dos protótipos CA.
PROTÓTIPOS CA
POSIÇÃO NOMENCLATURA ELEMENTO
B Viga TR 300,00 x 150,00 x 7,1 VBM350
C Chapa de base CH25,00 x 450 x 450 MR250 D Chapa do olhal CH12,50 x 200 x 406 A572G50 E Enrijecedor interno CH9,5 x 134 x 284 A572G50 K Chapa de travamento CH6,30 x 50 x 107 AR350
M Coluna TQ 175,00 x 12,7 VMB350
N Chapa de ligação CH12,50 x 200 x 250 A572G50
3.2.3 Materiais
As propriedades mecânicas e químicas dos aços foram fornecidas pela Vallourec e Sumitomo Tubos do Brasil com base em testes de laboratório, conforme incluído no Anexo 1. Os aços das chapas de ligação são AR 350 (fy ≥ 350MPa; fu ≥ 450MPa) com exceção do aço da chapa de base MR 250 (fy ≥ 250MPa; fu ≥ 400MPa).
Os aços dos perfis tubulares retangulares das vigas (TR 300 x 150 x 7,1) são VMB 350 (fy ≥ 350MPa; fu ≥ 485MPa), enquanto as colunas (TQ 175 x 175 x 12,7) foram fornecidas com aço VMB 250 (fy ≥ 250MPa; fu ≥ 400MPa). Os parafusos sextavados de 22,2mm de diâmetro nominal são de aço ASTM A325 (fy ≥ 635MPa; fu ≥ 825MPa).
A Tabela 7 apresenta um resumo das propriedades dos elementos componentes dos protótipos SA, enquanto que a Tabela 8 refere-se aos elementos dos protótipos CA.
Nota-se que o aço das colunas apresenta tensões de escoamento e de ruptura superiores aos valores nominais informados pelo fabricante.
32 Tabela 7. Propriedades mecânicas dos protótipos SA fornecidas pela fabricante dos perfis.
Tabela 8. Propriedades mecânicas dos protótipos CA fornecidas pela fabricante dos perfis.
As propriedades químicas dos aços também foram fornecidas junto com os Certificados de Matéria Prima, pela Vallourec e Sumitomo Tubos do Brasil. A Tabela 30 e a Tabela 32, presentes no Anexo 1, mostram as propriedades químicas dos materiais, os quais são compatíveis com as propriedades previstas para os aços estruturais fornecidos, de acordo com a conclusão fornecida nos Certificados de Matéria Prima.
Com objetivo de definir uma aplicação fim para as ligações ensaiadas, as mesmas foram pré-dimensionadas com base em uma situação real.
O pré-dimensionamento foi realizado para atingir um carregamento máximo equivalente ao carregamento em serviço atuante em uma viga bi-apoiada, integrante de uma estrutura de edifício de múltiplos andares, em fase de construção (peso próprio e sobrecarga de construção – solução com steel deck) na qual a contribuição da laje é desprezada.
São simulados pórticos tridimensionais com vãos transversais de 4,0m e longitudinais de 6,0m, 7,0m e 8,0m como mostrado na Figura 31 e na Figura 32.
Protótipos SA ELEMENTO NOMENCLATURA σy (MPa) σu (MPa) AL. (%)
A TQ175,00X12,7 VMB350 Coluna 423,0 541,0 41,0
B TRET300,00X150,00X7,1 VBM350 Viga 473,0 602,0 34,0
C CH25,00 CIVIL300 Chapa de base 318,7 470,6 24,8
D CH12,50 A572G50-NV Chapa do olhal 442,0 566,0 25,0
E CH9,5 A572G50-NV Enrijecedor interno 474,0 567,0 22,5
F CH12,50 A572G50-NV Chapa de ligação 442,0 566,0 25,0
K CH6,30 CIVIL350 Chapa de travamento 440,4 552,3 24,0
ENSAIO DE TRAÇÃO
Protótipo CA ELEMENTO NOMENCLATURA σy (MPa) σu (MPa) AL. (%)
B TRET300,00X150,00X7,1 VBM350 Viga 473,0 602,0 34,0
C CH25,00 CIVIL300 Chapa de base 318,7 470,6 24,8
D CH12,50 CIVIL350 Chapa do olhal 442,0 566,0 25,0
E CH9,50 A572G50-NV Enrijecedor interno 474,0 567,0 22,5
K CH6,30 CIVIL350 Chapa de travamento 440,4 552,3 24,0
M TQ175,00X12,7 VMB350 Coluna 423,0 541,0 41,0
N CH12,50 A572G50-NV Chapa de ligação 442,0 566,0 25,0
ENSAIO DE TRAÇÃO
33 Figura 31. Pavimento típico considerado: colunas e vigas com perfis tubulares e piso steel deck.
Figura 32. Distribuição típica do carregamento para viga principal de estudo.
Os carregamentos são descritos a seguir.
Peso próprio da viga TR 300x150x7,1 (46,6kg/m): 0,466 kN/m
Peso próprio da laje tipo steel deck (espessura de 0,140m): 2,55 kN/m² Tabela 9. Peso próprio de laje mista tipo steel deck – Fabricante Metform.
Ação variável para escritórios (de acordo com NBR 6120 [21]): 2kN/m²
34 Ao considerar como coeficientes de ponderação das ações, de acordo com a ABNT NBR 8800 [11], de 1,25 para peso próprio de estruturas metálicas, 1,35 para peso próprio do concreto lançado no local e 1,50 para sobrecarga, teremos:
qult = 1,25 × 0,47 kN/m + 1,35 × 2,55kN/m² + 1,50 × 2kN/m² qult = 6,44kN/m² + 1,25 × 0,47 kN/m
Onde qult é o resultado da combinação normal última de acordo com a norma brasileira [10].
Para vãos transversais de 4,00m, tem-se como carregamento linear, qviga igual a:
qviga = 6,44kN/m² × 4,00m + 1,25 × 0,47 kN/m qviga = 26,4kN/m
Este carregamento provoca esforços de flexão máximos a meio vão (para situações bi apoiadas) e esforço cortante máximo nas ligações viga-coluna. A Tabela 10 apresenta os esforços atuantes para diferentes vãos.
Tabela 10. Esforços cortantes máximos ao considerar vigas bi apoiadas em fase de ocupação.
Vãos (m) 6 7 8
Esforço Cortante (kN) 79,1 92,3 105,4
Além do esforço cortante nos parafusos devido ao próprio cortante nas extremidades, também são gerados momentos que, por sua vez, geram esforços cortantes nos parafusos.
A Tabela 11 mostra os esforços cortantes atuantes em cada parafuso, em função do vão adotado e da ligação proposta, ao considerar o esforço cortante devido ao carregamento externo somado com o esforço cortante produzido pelo momento gerado pelo carregamento na viga.
Tabela 11. Esforços cortantes atuantes nos parafusos em fase de ocupação.
Vãos (m) 6 7 8
Distância de centro a centro
da ligação (m) 5,63 6,63 7,63 Momento atuante nos parafusos
(dividido por 2 chapas) (kNm) 26,1 36,2 47,9 Σr² m² 0,4 0,4 0,4 Força vertical no parafuso
devido ao Momento Fletor (kN) 2,8 3,8 5,1
35 Força horizontal no parafuso (kN) 5,9 8,2 10,8
Fv (Fv devido ao Momento Fletor
+ Fv devido ao Cortante) (kN) 81,8 96,1 110,5 Fh (kN) 5,9 8,2 10,8 Força atuante de Corte em
cada Parafuso (kN) 82,1 96,4 111,1
Uma ligação aparafusada tradicional é considerada tradicionalmente como uma ligação flexível. Tendo em vista este fato, dimensionou-se a ligação dos protótipos SA em estudo como flexível (Figura 33). As verificações pertinentes são apresentadas nos itens 3.3.1 a 3.3.5.
(a) (b)
(c) Figura 33. Ligação tipo SA, pré-dimensionada como ligação ao corte.