ISSN 1809-5860
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 11, n. 53, p. 87-92, 2009
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE LIGAÇÕES VIGA-PILAR PREENCHIDO
Marcela Novischi Kataoka & Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 11, n. 53, p. 87-92, 2009 88
continuidade ao pilar misto. Os protótipos simularão ligações com pilares intermediários, sendo composto, cada um dos modelos, por um pilar misto e duas vigas em balanço.
Os métodos de fixação das barras de continuidade que serão utilizados nos protótipos são a soldagem e ancoragem mecânica por meio de luvas rosqueadas. A comparação das taxas de armadura das lajes será realizada para 1% e 1,5% e para ser utilizado como referência, também será ensaiado um protótipo sem a presença da laje, tido neste trabalho como o modelo piloto.
Para que todos esses parâmetros sejam analisados será estudado um total de quatro protótipos: um piloto, dois protótipos com laje armada com 1%, sendo que um possuirá a armadura de continuidade ancorada ao pilar por meio de luvas e outro por meio de solda. Já para a comparação entre as taxas de armadura, será produzido um protótipo com laje armada com 1,5% e barras de continuidade ancoradas ao pilar por meio de luvas.
2 METODOLOGIA
A metodologia de desenvolvimento dessa pesquisa é dividida em duas partes principais: parte teórica e parte experimental.
A parte teórica compreende as etapas de revisão bibliográfica e análise numérica. A revisão bibliográfica permite a discussão de vários aspectos referentes aos estudos já realizados em diversas instituições do mundo sobre o assunto ligações mistas, contribuindo para a obtenção de subsídios para a análise e entendimento do comportamento das ligações em estudo no presente trabalho. A análise numérica compõe uma parte importante, pois a partir dela é possível prever o comportamento dos modelos.
A parte experimental engloba o desenvolvimento de um esquema de ensaio que satisfaça as necessidades da pesquisa de acordo com os recursos disponíveis, bem como o dimensionamento, produção e montagem dos protótipos antes dos ensaios propriamente ditos.
Os protótipos serão submetidos a forças cíclicas reversíveis, causando na ligação momentos positivos e negativos.
3 DESENVOLVIMENTO
No momento o trabalho se encontra na fase experimental, aguardando a liberação do laboratório para a realização dos ensaios. Já foram realizadas análises numéricas preliminares para a previsão do comportamento dos protótipos, assim como, também foi realizada a previsão do momento resistente das ligações por meio de método analítico para comparação e validação dos resultados.
3.1 Programa experimental
Para a definição da ligação a ser estudada neste trabalho foram levados em consideração muitos aspectos que influenciam na viabilidade do projeto e no andamento da pesquisa. De acordo com a revisão bibliográfica realizada, muitos estudos mostraram que a melhor e mais resistente seção transversal para ser utilizada em pilares mistos preenchidos é a circular, mas também se verificou que a o processo construtivo da ligação com este tipo de pilar é muito mais complicado, devido a sua geometria.
Pensando nisso e também na continuidade das pesquisas realizadas pelo Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos, optou-se por utilizar pilares se seção transversal quadrada e ligações com chapa de topo e parafusos passantes como em DE NARDIN (2003). Este tipo de ligação é muito utilizado em todo mundo e tido como adequado para a
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A presença da laje é, para muitos pesquisadores, essencial para o aumento da absorção de momento fletor pela ligação. Tendo isso em vista, adotou-se para os modelos a laje com fôrma de aço incorporada e conectores de cisalhamento do tipo pino com cabeça.
Figura 1 – Projeto dos elementos que compõem as ligações.
Tabela 1 – Resumo das características dos modelos
Modelo Presença da laje Taxa de armadura Fixação da barras
Piloto Não - -
1 Sim 1% Luvas rosqueadas
2 Sim 1,5% Luvas rosqueadas
3 Sim 1% Solda
Figura 2 – Configuração final dos modelos.
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Para o estudo de todos os parâmetros almejados nessa pesquisa serão ensaiados quatro protótipos, de acordo com a tabela 1. A figura 2 ilustra qual será a configuração final dos modelos.
3.2 Análise numérica
Os modelos numéricos foram concebidos inicialmente planos e com aplicação de força monotônica para se ter uma estimativa dos valores de força e deslocamentos que seriam encontrados nos ensaios. Em Kulkarni et al. (2008) foi estudado o comportamento de ligações em estruturas pré- moldadas de concreto realizadas com chapas de aço e, de acordo com esses autores, a modelagem bidimensional forneceu bons resultados. Para agilizar o processamento, os modelos numéricos foram feitos detalhando apenas metade do modelo real (ver figura 3).
x
y
Deslocabilidades restringidas:
x e y x x
y
Deslocabilidades restringidas:
x e y x
x
y
Deslocabilidades restringidas:
x e y x x
y
Deslocabilidades restringidas:
x e y x
Figura 3 – Indicação da malha e condições de contorno.
Os resultados das três modelagens realizadas estão representados na figura 4 com curvas força versus deslocamento.
Figura 4 – Curvas força versus deslocamento obtidas numericamente.
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3.3 Análise analítica
A previsão do momento resistente foi realizada de acordo com o modelo analítico proposto por SIMÕES (2000) apud SILVA et al. (2001). Por esse método deve-se primeiramente estabelecer as forças e, supondo que a linha neutra se encontra na alma da viga, o momento fletor resistente (Mu) da ligação mista é obtido a partir dos respectivos momentos fletores gerados com relação ao ponto médio da espessura da mesa inferior da viga. A equação 1, de acordo com os conceitos estabelecidos anteriormente, fornece o momento resistente de ligações mistas.
( )
∑
= ⎟⎟⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛ +
− +
= m
i
w fb ywb wb w i bi r
tr u
h t f t h L F L
F M
0 2 2 (1)
A partir do momento fletor obtido, sabendo-se que a distância do ponto de aplicação da força até a ligação é de 1,6 m, é possível determinar o valor da força última para cada modelo, como mostra a tabela 2.
Tabela 2 – Resumo das características dos modelos Modelo Mu, analítico
(kN.m)
Força última (kN)
Piloto 81,9 51,20
1 332,0 207,50 2 462,0 288,75 3 332,0 207,50
4 RESULTADOS OBTIDOS
Até o presente momento não há resultados experimentais para apresentação, mas com os resultados fornecidos pelas análises numérica e analítica tem-se uma estimativa do comportamento dos modelos.
Comparando os resultados obtidos nas modelagens numéricas e nos cálculos analíticos, para os modelos com ligações mistas, ou seja, com a presença da laje, os valores de momentos fletores últimos ficaram muito próximos, mas para o modelo piloto a diferença foi superior, como indicado na tabela 3.
Tabela 3 – Tabela comparativa entre resultados numéricos e analíticos Modelo Mu, numérico
(kN.m) Mu, analítico
(kN.m) Mu, ensaio/ Mu,analítico
Piloto 126,40 81,90 1,54
1 360,00 332,00 1,08
2 432,00 462,00 0,93
3 360,00 332,00 1,08
5 CONCLUSÕES PARCIAIS
A partir dos resultados obtidos, algumas conclusões parciais podem ser feitas. De acordo com os resultados numéricos, a presença da laje aumenta a resistência da ligação e quanto mais armada for essa laje, maior será o momento fletor resistido.
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A comparação entre os resultados numérico e analítico validaram ambos os métodos, pois de acordo com a tabela 3, eles se apresentaram próximos, com exceção do modelo piloto, que a grande diferença entre os momentos pode ser justificada por não se tratar de uma ligação mista, para qual a equação utilizada é especificamente indicada.
Com relação ao método de ancoragem da armadura de continuidade, ainda não foi possível prever o comportamento das ligações, apenas os ensaios fornecerão informações a respeito desse parâmetro.
6 AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPQ pela bolsa de doutorado concedida, à FAPESP pelo projeto temático ao qual essa pesquisa faz parte e ao Laboratório de Estruturas do Departamento de Engenharia de Estruturas que realizará os ensaios.
7 REFERÊNCIAS
DE NARDIN, S. Pilares mistos preenchidos: estudo da flexo-compressão e de ligações viga- pilar. 2003. 323 p. Tese (Doutorado em Engenharia de Estruturas) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2003.
KULKARNI, S. A.; LI, B.; YIP, W. K. Finite element analysis of precast hybrid-steel concrete
connections under cyclic loading. Journal of Constructional Steel Research, v. 64, p. 190-201, 2008.
SILVA, L. S.; SIMÕES, R. D.; CRUZ, P. J. S. Experimental behaviour of end-plate beam-to-column composite joints under monotonical loading. Engineering Structures, v. 23, p.1383-1409, 2001.
ISSN 1809-5860
Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 11, n. 53, p. 93-97, 2009