Tabela 17 – Identificação dos protótipos
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2018.
Tabela 18 – Características do perfil circular de aço
Fonte: Tuper S/A, 2017. Adaptado pelo Autor, 2018.
De posse dos dados fornecidos calcula-se a esbeltez teórica (Tabela 19) das seções:
Tabela 19 – Esbeltez da seção transversal
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2018.
Importa destacar que, dos dados extraídos dos autores citados, nem todos estão compreendidos como classe 1. Todos os protótipos de Yang (2009), seis protótipos de Yang e Han (2006), todos os protótipos de Xiao et al. (2012) e oito protótipos de Lin e Zhao (2018) são de classe 2, segundo o EN1994-1-1:2004.
Uma vez verificada a esbeltez, λ, da seção transversal de aço (tubo) e cumprida sua exigência, percebe-se que ambas as seções possuem uma relação D/t razoável e aproximadas dos valores obtidos nos ensaios experimentais citados anteriormente por demais autores.
Determinada esta condição, é possível calcular-se a parcela do carregamento que será resistida pela seção de aço em isolado e é possível projetar as características do concreto de preenchimento do núcleo da seção de modo a serem atendidas as limitações de laboratório. Assim, verifica-se também a parcela de carregamento que será resistida pela seção de concreto isoladamente e a carga prevista para a plastificação da seção mista.
O comprimento, L, do corpo de prova (Figura 47) é estabelecido de modo a otimizar o perfil de aço, com uma condição mínima a ser atendida pela relação entre o comprimento da seção e seu diâmetro, L/D = 3,0 (Tabela 20). Esta condição é
proposta de modo que se evite o encruamento da seção de aço devido ao aumento da rigidez por deformação plástica.
Segundo Zieman (2010), a coluna deve ser curta de modo a evitar a flambagem global, mas longa o suficiente para caracterizar uma distribuição de imperfeições locais e tensões residuais no protótipo a ser ensaiado.
Objetiva-se que a ductilidade da seção de aço seja mantida e possam ser analisadas as deformações da seção, visto que o fenômeno do confinamento é considerado, ou seja, o encruamento poderia encobrir a real tensão que provoca a deformação plástica na seção mista.
Os resultados obtidos, mostrados Tabela 20, consideram coeficientes de segurança iguais a 1,0, para a ABNT NBR 8800:2008 e ABNT NBR 16239:2013, tendo em vista que se deseja comparar estes resultados com os obtidos experimentalmente.
Tabela 20 – Plastificação da seção de aço, Npl, Rd aço
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2018.
Os resultados obtidos analiticamente considerando-se as três normas são equivalentes quanto à plastificação da seção de aço.
Figura 47 – Seção de aço – “Camisa” seção mista
Fonte: Acervo fotográfico do Autor, 2018.
D t L fy Aaço
NBR 8800:2008
(mm) (mm) (mm) (MPa) (mm2) NBR 16239:2013
152,40 6,35 450 361,30 2913,57 1052,67 1052,67
177,80 6,35 550 383,70 3420,28 1312,36 1312,36
EN 1994:2004
N pl,Rd (kN)
3.1.1 Caracterização do aço
Partindo das informações iniciais fornecidas pelo fabricante para compor o estudo analítico, foram extraídas amostras dos tubos de aço de modo a se obterem dados experimentais característicos do estudo em análise. Inicialmente, as imperfeições iniciais dos protótipos, relacionadas à sua espessura, foram medidas, pois influenciam na interação entre o aço e o concreto. As diferenças obtidas são da ordem de milésimos e se observa também uma superfície de baixa rugosidade (Figura 48). A espessura real dos tubos, medida após o corte para a confecção dos protótipos, são divergentes dos dados fornecidos pelo fabricante (6,35 mm), pois a medida real está compreendida entre 6,55 mm e 6,57 mm.
Figura 48 – Medição da espessura da seção de aço. (a) e (b) Imperfeições iniciais
(a) (b)
Fonte: (a) e (b). Acervo fotográfico do Autor, 2018.
Os corpos de prova, extraídos dos tubos de aço, para sua caracterização, foram confeccionados de acordo com a ABNT NBR ISO 6892-1:2013 – Materiais metálicos – Ensaio de tração. Parte 1: Métodos de ensaio à temperatura ambiente, conforme Figura 49. Ao todo foram extraídos 3 corpos de prova de cada tubo, conforme seu diâmetro, ou seja, 3 corpos de prova do tubo de 177,80 mm e 3 corpos de prova do tubo de 152,40 mm.
Foram extraídos corpos de prova para a caracterização do aço, em áreas do tubo sob a linha longitudinal da costura, diametralmente oposta à costura e em uma
área intermediária entre ambas, de modo que se estabeleça o comportamento do aço nas duas regiões (Figuras 49b), a região com costura (Figura 49c) e a região sem costura (Figura 49d).
Figura 49 – Extração dos corpos de prova da seção de aço
(a) (b)
(c) (d)
Fonte: (a), (b), (c) e (d). Acervo fotográfico do Autor, 2018.
Por se tratar de um tubo, consequentemente, os corpos de prova extraídos não são planos, contudo, a variação da seção transversal da área, conforme verificado, é muito pequena em função desta curvatura. Desta maneira, considerar- se-á a área da seção transversal do corpo de prova de aço, ainda que curvo, como se este fosse plano, para fins de cálculo da tensão de escoamento teórica (Figura 50).
Figura 50 – Dimensões iniciais do corpo de prova
Fonte: Acervo fotográfico do Autor, 2018.
L0 = 100 mm b0 = 20 mm / t0 = 6,55 mm
Em virtude da curvatura dos corpos de prova, foi confeccionada uma ferramenta, que adapta o mesmo às condições necessárias ao ensaio experimental, visto que, os corpos de prova não são planos e têm espessura relativamente considerável (6,55 mm), ou seja, especulou-se um possível deslizamento das cabeças de fixação. Sendo assim, as cabeças de fixação foram furadas (Figura 51a), de modo a permitirem o transpasse de um parafuso de alta resistência para adaptação à ferramenta, que tem suas extremidades de seção transversal circular (Figuras 51c e 51d). Esta adaptação, assim como a confecção da ferramenta, foi feita tal como sugerida por Huang e Young (2014), para ensaios de corpos de prova metálicos para testes de tração.
Figura 51 – Adaptação e acoplamento das cabeças de fixação do corpo de prova à ferramenta auxiliar para o ensaio de tração. (a) Furação das cabeças de fixação do corpo de prova da seção de aço; (b) Marcação para o ensaio de tração; (c) Detalhe frontal do conjunto; (d) Detalhe lateral do conjunto; (e) Detalhe da integração entre a garra e a ferramenta; (f) e (g) Conjunto posicionado no equipamento
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f) (g)
Fonte: (a), (b), (c), (d), (e), (f) e (g). Acervo fotográfico do Autor, 2018.
Os corpos de prova, ao serem recortados do tubo de aço foram identificados de 0 a 5, conforme a Figura 52a, de modo que estes pudessem ser identificados quando do seu rompimento, sendo pertencentes ao tubo de 152,40 mm os corpos de prova CP0, CP3 (costura) e CP4 e pertencentes ao tubo de 177,80 mm os corpos de prova CP1(costura), CP2 e CP5.
Os ensaios à tração dos corpos de prova extraídos das seções de aço de diâmetro 177,80 mm e 152,40 mm (Figura 52b), resultaram na readequação dos valores obtidos na Tabela 20 para os valores apresentados na Tabela 21.
Tabela 21 – Plastificação da seção de aço com os dados da seção de aço ensaiada à tração, Npl, Rd aço
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2018.
Na Tabela 22 são apresentados os valores obtidos do ensaio de tração dos seis corpos de prova extraídos da seção de aço:
Tabela 22 – Dados obtidos da seção de aço ensaiada à tração
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2018.
O comprimento inicial dos corpos de prova foi estabelecido em 100 mm, seccionado em 10 trechos de 10 mm cada. Após o rompimento dos corpos de prova, foi feita a medição dos trechos adjacentes à estricção, tendo a fratura como seu centro de medida aproximado (Figura 52 b). Uma vez que, antes do ensaio experimental, essa medida era de 50 mm, verificou-se o deslocamento relativo em relação a esta medida.
Para os corpos de prova CP1 e CP3, extraídos das costuras, a medida final
NBR 8800:2008
(mm) (mm) (mm) (MPa) (mm2) NBR 16239:2013
152,40 6,35 450 380,89 2913,57 1109,73 1109,73
177,80 6,35 550 403,76 3420,28 1380,97 1380,97
EN 1994:2004
L fy Aaço N pl,Rd (kN)
D t
D Eaço fy εy N y fu εu N u
(mm) (GPa) (MPa) (mm/mm) (kN) (MPa) (mm/mm) (kN)
CP0 152,40 209,33 382,26 0,00293 50,08 460,53 0,1740 60,33
CP1 177,80 --- 512,21 0,00224 67,10 569,77 0,1189 74,64
CP2 177,80 209,56 402,91 0,00295 52,78 470,84 0,1842 61,68
CP3 152,40 --- 515,18 0,00228 66,25 555,65 0,1140 72,79
CP4 152,40 209,33 379,50 0,00299 49,71 463,74 0,1755 60,75
CP5 177,80 209,56 404,61 0,00301 53,00 473,20 0,1876 61,99
PROTÓTIPO
foi de 61,5 mm, para ambos corpos de prova. A medida do corpo de prova CP0 foi de 67,3 mm e de CP4, 67,4 mm. Os corpos de prova CP2 e CP5 mediram 67,0 mm.
Figura 52 – Corpos de prova da seção de aço. (a) Detalhe da marcação para identificação; (b) Modo de falha dos corpos de prova
(a) (b)
Fonte: (a) e (b). Acervo fotográfico do Autor, 2018.
Na Figura 53 é apresentado o diagrama tensão versus deformação dos corpos de prova CP0 a CP5, respectivamente. Verifica-se que as curvas de CP1 e CP3, pertinentes aos corpos de prova extraídos da costura dos tubos, apresentam uma resistência maior e, como verificado, estes corpos de prova tiveram um deslocamento relativo menor em relação aos demais corpos de prova, que não foram extraídos da linha da costura. Isto se deve à costura, que de acordo com as informações prestadas pelo fabricante dos tubos, é feita por eletrofusão do material, e não por solda.
O aspecto das curvas não é condizente com o aspecto da curva característica do aço A-36, que é um material dúctil e tem o patamar de escoamento definido. De acordo com as curvas apresentadas e o aspecto da estricção dos corpos de prova, o material possui as características de um material dúctil, porém, sem patamar de
CP0
CP1
CP2
CP3
CP4
CP5
escoamento definido, tal como os aços com alto teor de carbono.
Figura 53 – Ensaios de tração do aço. Diagrama tensão deformação
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2018.