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PROJETO DE COLARINHOS PARA ESTRUTURAS
PROJETO DE COLARINHOS PARA ESTRUTURAS
PRÉ-FABRICADAS
FABRICADAS
Vinicius Vitti Verdecanna
Vinicius Vitti Verdecanna
Trabalho de Conclusão de Curso
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Departamento de
apresentado ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade
Engenharia Civil da Universidade
Federal de São Carlos como parte dos
Federal de São Carlos como parte dos
requisitos
para
a
conclusão
da
requisitos
para
a
conclusão
da
graduação em Engenharia Civil
graduação em Engenharia Civil
Orientador:
Orientador:
Prof.
Prof.
Dr.
Dr.
Fernando
Fernando
Menezes de Almeida Filho
Menezes de Almeida Filho
São Carlos
São Carlos
2012
2012
Dedico esta monografia à minha mãe Solange, melhor Dedico esta monografia à minha mãe Solange, melhor pessoa que já esteve ao meu lado, amiga e incentivadora pessoa que já esteve ao meu lado, amiga e incentivadora e aos inestimáveis amigos Felipe e André que sempre e aos inestimáveis amigos Felipe e André que sempre estiveram presentes durante minha
O trabalho aqui proposto é estudar e analisar o comportamento dos três tipos O trabalho aqui proposto é estudar e analisar o comportamento dos três tipos existentes de cálice para bloco de fundação: o cálice embutido, o cálice externo e o cálice existentes de cálice para bloco de fundação: o cálice embutido, o cálice externo e o cálice parcialmente embutido. Ao final chegar a conclusão de qual modelo de cálice é mais parcialmente embutido. Ao final chegar a conclusão de qual modelo de cálice é mais econômico do ponto de vista de consumo de material.
econômico do ponto de vista de consumo de material.
Para isso foi primeiro necessário fazer uma revisão de toda bibliografia existente e Para isso foi primeiro necessário fazer uma revisão de toda bibliografia existente e disponível para que fosse selecionado o método de cálculo mais adequado. No caso disponível para que fosse selecionado o método de cálculo mais adequado. No caso adotaram-se os procedimentos sugeridos por El Debs (2000). Após isso se analisou o adotaram-se os procedimentos sugeridos por El Debs (2000). Após isso se analisou o comportamento do elemento através de um estudo paramétrico em que as dimensões dos comportamento do elemento através de um estudo paramétrico em que as dimensões dos cálices foram alteradas em função de sua rugosidade, o tipo de cálice e combinações de cálices foram alteradas em função de sua rugosidade, o tipo de cálice e combinações de esforços provenientes do pilar, foram criados no total sete
esforços provenientes do pilar, foram criados no total sete combinações de esforços.combinações de esforços. A
A principal principal dificuldade dificuldade encontrada encontrada ao ao longo longo do do trabalho trabalho foi foi a a falta falta de de materialmaterial existente e disponível referente ao cálice embutido e ao
existente e disponível referente ao cálice embutido e ao parcialmenparcialmente embutido.te embutido.
Foram dimensionados 56 modelos de cálices para que se pudesse chegar a uma Foram dimensionados 56 modelos de cálices para que se pudesse chegar a uma conclusão de que, do ponto de vista de consumo de material, o colarinho parcialmente conclusão de que, do ponto de vista de consumo de material, o colarinho parcialmente embutido é mais vantajoso já que está num valor intermediário de consumo de forma e embutido é mais vantajoso já que está num valor intermediário de consumo de forma e consumo de concreto, além de ter sido o modelo que menos consumiu aço.
consumo de concreto, além de ter sido o modelo que menos consumiu aço.
Palavras-chave
ABSTRACT
The work proposed here is to study and analyze the behavior of three types of socket for existing pile caps: the socket embedded outside the socket and the socket partially embedded. By reaching the final conclusion which model is more economic socket from the standpoint of material consumption.
For it was first necessary to review all existing literature and available to be selected the most appropriate method of calculation. In case, were adopted the procedures suggested by El Debs (2000). After this we analyzed the behavior of the element through a parametric study in which the dimensions of the sockets were changed due to its roughness, the type of glass and combinations of efforts from the column, were created in total seven combinations of effort.
The main difficulty encountered during the study was the lack of existing material and available for the socket outside and partially embedded.
56 models were sized sockets so that one could achieve a conclusion that, from the point of view of material consumption, the partially embedded collar advantageous since it is an intermediate value of intake and consumption of concrete form, and the template that have been consumed less steel.
1. I NTROD UÇÃ O ... 8
1.1
Apresentação do problema ... 8
1.2
OBJETIVOS ... 9
1.2.1 Detalhamento dos objetivos ... 9
1.3
JUSTIFICATIVA ... 9
2. REVI SÃ O BI BL I OGRÁF I CA ... 10
2.1
CÁLICE EXTERNO ... 10
2.2
CÁLICE INTERNO ... 19
2.3
CÁLICE PARCIALMENTE EMBUTIDO ... 21
3. M ETODOL OGI A ... 22
4. ESTUDO PARAM ÉTRI CO ... 23
5. COM PARA ÇÃ O E NTRE OS TI POS DE CÁLI CES ... 27
5.1
ARMADURA HORIZONTAL ... 33
5.2
ARMADURA VERTICAL ... 36
5.3
TENSÃO DE COMPRESSÃO DA BIELA NA PAREDE CO CÁLICE ... 39
5.4
CONSUMO DE CONCRETO ... 40
5.5
CONSUMO DE FORMA ... 43
6. CON CL USÃ O ... 46
6.1
PROPOSTA PARA TRABALHOS FUTUROS ... 46
1.
INTRODUÇÃO
Atualmente com o crescimento acelerado de obras pelo Brasil é comum encontrar projetistas adotando o sistema pré-moldado como solução para ganhar tempo, sobretudo para obras de grande porte. Um dos pontos que diferencia o sistema pré-fabricado do tradicional concreto armado do ponto de vista estrutural são as ligações entre seus elementos.
A ligação é a região não contínua entre dois elementos sujeita a tensões. Para uma estrutura ser considerada monolítica, essas tensões devem ser t ransferidas de um elemento a outro, ou seja, o projeto da ligação bem feito é a chave para o funcionamento efetivo da estrutura de pré-fabricado.
Existem três tipos de ligação pilar-fundação para pré-fabricado em formato de colarinho ou cálices, eles diferenciam-se basicamente pela sua geometria, estes cálices podem assumir três disposições possíveis, sendo este: interno (ou embutido), externo (totalmente fora do elemento de fundação) ou parcialmente embutido. A Figura 1.1 ilustra os modelos citados.
Figura 1.1. Bloco de fundações com cálice externo, parcialmente embutido e totalmente embutido
Fonte: BARROS, R. (2009)
1.1 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA
Apesar de essas ligações serem amplamente utilizadas no Brasil, a bibliografia existente e disponível referente a seu dimensionamento é muito escassa, sobretudo para
colarinho parcialmente embutido. Com isso o projetista depara-se com uma dúvida ao
escolher qual dos três será usado no projeto: “qual o modelo mais racional?”. A falta de
bibliografia faz com que a ligação seja superdimensionada para garantir que todo o esforço proveniente do pilar seja transferido até a fundação.
1.2 OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo geral o estudo sobre a ligação fundação-pilar pré-fabricado que é realizado por meio de cálices, ou colarinhos, que transmitem os esforços do pilar aos elementos de fundação.
1.2.1 D E T A L H A M E N T O D O S O B J E T I V O S
Dentro do objetivo principal descrito no item anterior, temos os seguintes objetivos específicos:
Abordar os procedimentos de cálculo existentes na literatura técnica para
dimensionar os três tipos de cálices (ou colarinhos ou pedestais);
Avaliar, do ponto de vista econômico, qual a situação de colarinho que mais
favorece a redução do consumo de materiais (armadura, concreto e f orma);
Avaliar a influência da rugosidade da parede na interface da ligação do cálice
com o pilar;
Avaliar a influência da altura de embutimento do pilar no cálice.
1.3 JUSTIFICATIVA
Apesar de atualmente a construção com o sistema pré-moldado ser amplamente utilizado no país, ainda falta conhecimento mais aprofundado no que diz respeito dos métodos de projeto da ligação pilar-fundação assim como um modelo teórico criado a partir de pesquisas experimentais e análise de comportamento do mesmo, somado a isso se têm o fato de não existir muita bibliografia tratando do assunto. Uma pesquisa que faça levantamento dos procedimentos de cálculo existentes avaliando parâmetros como a influência da altura de embutimento, a rugosidade da parede na interface da ligação e o tipo de ligação que utiliza menos material cooperará para o mercado na ajuda a tomada de decisões na hora de adotar o tipo de ligação.
2.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O que basicamente diferencia os tipos de cálice existentes é a geometria deles, como pode ser visto anteriormente na introdução ele pode ser cálice externo, interno ou embutido. Outro fator a ser considerado, e que está diretamente relacionado ao dimensionamento é a rugosidade da interface do pilar com o colarinho.
Neste capítulo serão apresentados os principais procedimentos de cálculo existentes na literatura para cada um dos três tipos de ligações a fim de fazer um levantamento do que pode ser utilizado para a confecção do trabalho.
2.1 CÁLICE EXTERNO
Da bibliografia disponível atualmente para colarinhos, esse é o tipo de ligação de que mais se tem referência. As mais utilizadas são a ABNT NBR 9062:2006 e o estudo realizado de Leonhardt e Mönnig (1978).
Segundo Leonhardt e Mönnig (1978), a ligação por meio de cálice terá o seu desempenho efetivado, ou seja, conseguirá transmitir o esforço do pilar para a fundação agindo como peça única desde que quatro características sejam verificadas: as paredes internas do cálice sejam rugosas por meio de formas rugosas com mossas de profundidade de 1 centímetro, a NBR ABNT 9062:2006 afirma ainda que essa profundidade deve ocorrer ao menos a cada 10 centímetros. Nesse caso o dimensionamento é feito como se o pilar tivesse as dimensões externas do colarinho (El Debs 2000). Além disso, afirma que a resistência do concreto de preenchimento da interface do pilar com o cálice deve ser maior ou igual à resistência do concreto do pilar. Também deve-se verificar que a espessura da parede do colarinho deve ser maior que 1/3 (largura interna entre as paredes do colarinho) e maior do que 10 centímetros, no caso de sapata, o fundo do cálice e o fundo da sapata de ter um valor de no mínimo 20 cm.
A Figura 2.1 apresenta as características geométricas e as forças originárias dos pilares transmitidas para o colarinho.
Figura 2.1 – Características e resultantes de forças no cálice
Fonte: EL DEBS (2000)
: Base da seção transversal do pilar
: Base da seção em planta da base da fundação : Base interna entre as paredes do colarinho
: Base externa entre as paredes do colarinho : Largura da seção transversal do pilar
: Largura da seção em planta da base da fundação : Largura interna entre as paredes do colarinho
: Largura externa entre as paredes do colarinho : Espessura da junta de ligação do cálice com o pilar
: Espessura da base da fundação : Comprimento do consolo
: Comprimento de embutimento do pilar no cálice (não considerando a altura da junta abaixo do pilar)
: Altura de fundação
, e : Esforços solicitantes atuantes na ligação.
: distância entre a resultante da pressão na parte superior da parede 1 e o topo do colarinho.
Segundo El Debs (2000), comprimento de embutimento ( ) deve respeitar os parâmetros apresentados na Tabela 2.1. É interessante observar que na tabela foram colocados os parâmetros adotados pela ABNT NBR 9062:2006 (adotado também por El Debs (2000)) e Leonhardt e Mönnig (1978) tanto para colarinho com interface interna rugosa quanto para colarinho com interface interna lisa para a determinação do comprimento de embutimento.
A norma comenta ainda que o comprimento de embutimento não deve ser inferior a 40 centímetros e caso haja tração no pilar, deve-se multiplicar o comprimento por 1,15.
A pesquisa de Canha (2004) baseada em ensaios de colarinhos externos de paredes rugosas e lisas mostra que as ligações entre o pilar e o bloco de fundação de paredes rugosas foram próximas à um elemento pilar-bloco de fundação monolítico. Canha (2004) sugere então que a armadura vertical das paredes do colarinho seja dimensionada admitindo a transferência total das ações.
Dando continuidade às pesquisa de Jaguaribe Júnior (2005) e Canha (2004), Ebeling (2006) baseou seu trabalho no comportamento da base dos pilares em ligações por cálice de fundação de interface lisa mediante análise experimental e numérica adicionando fibra de caborno nas paredes do cálice a fim de fazer um reforço estrutural.
Seus ensaios indicam que o reforço foi eficaz, já que a ruína ocorreu não no embutimento, mas sim devido ao escoamento na armadura longitudinal tracionada das paredes do cálice. A pesquisa mostra também que o comprimento de embutimento está diretamente associada a deformação da ligação. Além disso, foi observado a baixa solicitação da armadura transversal do colarinho devido, provavelmente ao reforço com a fibra de carbono.
descrito pela equação (2.1):
(2.1)
Tabela 2.1 - Comprimento de embutimento do pilar
INTERFACE
Lisa Rugosa Lisa Rugosa
Leonhardt & Mönnig (1978) 1,68h 1,20 h 2,80 h 2,00h NBR 9062:2006 1,50h 1,20 h 2,00 h 1,60h Fonte: CANHA (2004)
Outro cuidado ao se executar o colarinho é garantir que a espessura da junta de ligação cálice-pilar será preenchida com o concreto ou graute de ligação que deve ser adensado com vibrador de agulha.
Segundo El Debs (2000) para o caso de parede lisa, admite-se a situação extrema de que toda a força normal do pilar seja aplicada na base. Assim, a verificação da punção da sapata deve ser feita com dimensões do pilar. No entanto há de fato um atrito que é oriundo das pressões de contato entre o pilar e o colarinho, que são função do momento fletor que atua na base. Já a norma NRB 9062:2006 considera que para cálices de paredes lisas, pode ser considerado o valor da carga normal transmitida pela interface desde que exista armadura em torno do colarinho de valor .
Segundo Willert & Kesser (1983) cálice externo de interface lisa apresentam um coeficiente de atrito .
A bibliografia apresentada por El Debs (2000) descreve com clareza o fenômeno que ocorre quando o colarinho de parede lisa recebe os esforços provenientes do pilar. Essa transferência pode ser bem vista na Figura 2.2
Figura 2.2 – Transferência de esforços no cálice de fundação com interface lisa
Fonte: EL DEBS, M. K. (2000)
A transferência do momento Md e a força horizontal Vd provenientes do pilar para as
paredes 1 e 2 do colarinho é feito através do concreto de preenchimento de junta, que tem resistência igual ou superior ao pilar. Esses esforços resultam as pressões Hsup na parede 1
e Hinf na parede 2 , justamente essas pressões serão responsáveis pelo surgimento do
atrito na interface interna do cálice.
Nas paredes 3 e 4 surgirá esforços horizontais devido a pressão Hsup na parede 1 e a
elevada rigidez das paredes 3 e 4 que pode ser visto na Figura 2.3. Enquanto isso a pressão Hinf presente na parte posterior da parede 2 será responsável pelo descarregamento
praticamente direto para a base, isso porque a resultante da pressão na parte inferior da parede 2 está próxima a base.
Cada uma das paredes, 3 e 4, receberá metade da pressão Hsup funcionando como
um receptor engastado na base, por sua vez, com auxílio de uma armadura vertical localizada na intersecção das paredes longitudinais no lado tracionado e uma biela de compressão como mostrado na Figura 2.2 essa pressão será descarregada na base. Tais fenômenos podem ser verificados na Figura 2.3 a seguir.
Figura 2.3 – Transmissão das pressões pelas paredes do colarinho
EL DEBS (2000)
A Tabela 2.2 apresenta as expressões das resultantes das pressões exercidas nas paredes do cálice liso e rugoso por Leonhardt & Mönnig (1978) e ABNT NBR 9062:2006. Para a interface lisa os dois modelos tem a mesma expressão de cálculo, para interface rugosa as considerações são diferentes.
Tabela 2.2 – Resultantes de pressões e ponto de aplicações de , , Y
MODELO Parâmetro Interface lisa Interface rugosa
Leonhardt & Mönnig (1978)
NBR ABNT 9062:2006
Leonhardt & Mönnig (1978)
NBR ABNT 9062:2006
Leonhardt & Mönnig (1978)
NBR ABNT 9062:2006
Segundo El Debs (2000), a parede 1 sofre flexão, esse esforço atua na parede do colarinho na altura a partir do topo do colarinho a armadura que combate esse esforço é a , ela pode ser calculada como uma viga sofrendo flexão. Também foi visto que as paredes 3 e 4, por terem maior rigidez a flexão, absorvem a força oriunda da parede 1 e descarrega-a na base. Essa transmissão é auxiliada por uma armadura horizontal . A armadura deve ser distribuída ao longo de uma altura de a partir do topo do colarinho. A armadura é obtida através da Expressão 4.1:
(2.2) Deve-se utilizar a armadura que apresente a maior taxa no dimensionamento. No caso de momento oblíquo, a armadura e deve ser sobreposta.
A armadura vertical e a verificação do esmagamento do concreto são obtidos através das seguintes expressões 2.3 e 2.4:
(2.3)
(2.4)
A armadura vertical e horizontal secundaria funcionam como armaduras de distribuição de costura obtidas pelas expressões (2.5) e (2.6), respectivamente:
(2.5)
Ou
(2.6) A Figura 2.4 a seguir ilustra o posicionamento correto das armaduras contidas no cálice externo.
Figura 2.4 - Esquema das principais armaduras do cálice
Fonte: EL DEBS (2000)
Segundo (El Debs 2000) para cálices cujo embutimento é menor do que 2h, a pressão pode ser reduzida na proporção quando do dimensionamento da armadura horizontal secundaria mantendo sempre o valor total na verificação da biela comprimida.
Leonhardt & Mönnig (1978) sugere que a ancoragem para interface lisa deve iniciar na metade da altura .
Canhas (2004) fez o primeiro estudo com base em análise experimental do comportamento de ligação pilar-fundação. Seu estudo comprovou a subestimação do modelo de cálculo de Leonhardt & Mönnig (1978), que desconsideram a rugosidade colarinhos de interfaces lisas. A Eurocode 2 (2004) considera esse coeficiente de atrito inferior a 0,3. Segundo o autor, cada uma dessas forças de atrito é calculada com base no coeficiente de atrito adotada da parede e da força normal correspondente à parede.
A Figura 2.5 e Figura 2.6 abaixo mostra a execução de colarinho externo. Na primeira imagem é possível ver que uma rede de malha fina de aço é usada para fazer a forma das mossas. Essa prática é bem comum na execução da rugosidade da interface.
Figura 2.5 – Armadura horizontal e vertical de cálice externo
FONTE: SAVES (2011)
Figura 2.6 – Forma metálica para concretagem do colarinho
FONTE: SAVES (2011)
Como pode ser visto na Figura 2.6, é comum substituir a forma na interface interna por rede metálica de pequena abertura, esse procedimento não é padronizado pela norma ou por nenhuma pesquisa. No entanto tem-se como conceito de que é mais fácil para executar as mossas na interface interna.
2.2 CÁLICE INTERNO
O cálice interno, também conhecido como cálice embutido, tem a cota de sua parede nivelada com a cota do topo da estrutura de bloco. O modo de dimensionamento desse elemento de ligação difere do método de dimensionamento do cálice externo como será visto a seguir, no entanto, ambas são projetadas com o mesmo fim: transmitir os esforços oriundos do pilar.
Barros (2009) fez ensaios em cima de um modelo de bloco com cálice embutido com viga de travamento, segundo Barros, como a bibliografia para esse tipo de ligação é escassa, usou-se o método de dimensionamento de armadura horizontal e vertical adota por El Debs (2000) para dimensionar a armadura do cálice externo. De acordo com ele para blocos apoiados em cima de duas estacas essa armadura do cálice externo no cálice interno é necessária apenas na menor direção. Para a outra direção, onde há um volume muito maior de concreto, essa armadura pode ser substituída pelo próprio concreto. No entanto ainda se deve calcular a armadura vertical que tem por finalidade mobilizar a força normal proveniente do pilar a fim de formar a biela de compressão a partir da parte superior do bloco conforme sugere a Eurocode 2 (1992). Esse fenômeno pode ser mais bem compreendido
Figura 2.7
.Figura 2.7 – Formação da biela de compressão a partir da parte superior do bloco devido a armadura principal vertical
FONTE: Alterado de Eurocode 2 (1992)
Segundo Silva (1998) os esforços que atuam no pilar são o mesmo tanto para cálice interno como para cálice externo. Ele também afirma que a reação vertical normal atuante no pilar é considerada excêntrica e ela descarrega para a base não diretamente, mas sim por meio de bielas e tirantes horizontais.
A
Figura 2.8
representa os esforços provenientes do pilar e como as bielas e tirantes transmitem eles para o cálice.Figura 2.8 - Esquema de forças atuantes no pilar
Fonte: MAREK FILHO (2010)
Segundo Silva (1998), devido a dificuldade de vibração e compactação, para não haver risco de ruptura por compressão do graute ou concreto de ligação, a tensão de contato deve ser limitado a 60% de .
Considerando as informações dadas na figura 2.8 e a limitação anterior, tem-se que: (2.7) O binário formado por acaba por gerar um momento fletor que solicita a ligação que pode ser expressado por:
(2.8) (2.9) Por fim, o comprimento de embutimento é dado por:
(2.10)
Silva (1998), ao contrário de Leonhardt e Mönnig, conclui que, o comprimento de embutimento do pilar é função de .
2.3 CÁLICE PARCIALMENTE EMBUTIDO
A norma ABNT 9062:2006 não comenta sobre o dimensionamento do modelo de colarinho parcialmente embutido e não trata de detalhamento construtivo. O que é comum entre os calculistas é calcular esse modelo tratando-o como colarinho externo. Mesmo assim esse é o tipo de ligação pilar-fundação para estruturas de concreto pré-moldado mais utilizado na construção civil pois julga-se, mesmo sem embasamento teórico, que é o modelo mais econômico. A Figura 2.9 representa esse tipo de ligação
Figura 2.9 – Cálice parcialmente embutido
FONTE: ABNT 9062:2006
Sendo assim é pertinente que futuramente pesquisadores busquem preencher essa lacuna de conhecimento fazendo ensaios experimentais ou montando modelos teóricos com fins de contribuir para o meio acadêmico.
3.
METODOLOGIA
A metodologia da pesquisa se baseia em um estudo teórico divido em três partes: A primeira parte consiste em: ampla revisão bibliográfica priorizando um panorama geral sobre o projeto de cálices (embutidos, parcialmente embutidos e externos) de concreto em estrutura pré-fabricadas de concreto; estudo paramétrico para determinação do modelo de bloco de fundação a ser estudado; dimensionamento dos cálices considerando um modelo de bloco apoiado sobre duas estacas recebendo suas ações provenientes de um pilar; verificação da punção do bloco e do esmagamento das bielas das paredes do cálice; análise da ligação ao alterar a rugosidade da interface colarinho-pilar e seu comprimento de embutimento; detalhamento da armação dos cálices; levantamento dos quantitativos de armadura e concreto utilizado nos modelos adotados.
Com a revisão bibliográfica, concatena-se os conhecimentos obtidos com relação aos cálices de concreto com os conhecimentos em relação ao seu comportamento e ao seu dimensionamento, sendo que a base para esse estudo será a ABNT NBR 9062, normas técnicas internacionais e a literatura técnica e científica corrente empregada.
A segunda parte consiste no dimensionamento dos exemplos de cálices com base em magnitudes de esforços em estruturas usuais, pois se trata de um dos componentes fundamentais na construção pré-fabricada de concreto, tornando-se importante na sua comparação. Uma vez que os três modelos de colarinho são utilizados correntemente por diversos fabricantes da construção industrializada e por diversos escritórios de cálculo estrutural, estes apresentam diversas tipologias e considerações de projeto, que vão desde o tipo de colarinho até a sua rugosidade da parede.
A terceira parte da pesquisa é a de analisar os exemplos calculados levando em consideração o consumo de materiais como parâmetro de escolha de solução mais adequada. Cabe salientar que nem sempre o consumo de materiais é o fator decisivo para a escolha do tipo de cálice, pois estão envolvidos outros fatores tais como disponibilidade de materiais e de mão-de-obra.
Com isso é possível contribuir para o projeto estrutural de cálices para utilização em estruturas pré-fabricadas de concreto, mostrando as possíveis alternativas de escolha do tipo de cálice contribuindo para o seu melhor entendimento.
4.
ESTUDO PARAMÉTRICO
Aqui é feito um estudo para determinar quais aspectos da estrutura de um colarinho influenciam em seu desempenho. Posteriormente esses aspectos serão quantificados e analisados no dimensionamento dos modelos adotados.
Para determinar o comportamento da ligação quanto sua eficiência, é calculado modelos onde alguns parâmetros de importância são alternados para a resistência da mesma. Para todos os casos, é adotado um pilar quadrado de 40 cm de largura com um bloco apoiado sobre duas estacas quadradas de 30 cm de largura. Como o estudo é comparativo, adotou-se um modelo simplificado para que ficasse nítido o comportamento dos tipos de cálices representado em corte. Como mostra a Figura 4.1, Figura 4.2 – Modelo de bloco padrão para os modelos de Cálice Parcialmente Embutido e Figura 4.3 abaixo:
Figura 4.1 – Modelo de bloco padrão para os modelos de Cálice Externo
Figura 4.2 – Modelo de bloco padrão para os modelos de Cálice Parcialmente Embutido
FONTE: O autor
Figura 4.3 – Modelo de bloco padrão para os modelos de Cálice
FONTE: O autor
A rugosidade é um fator de extrema importância já que ela implica diretamente na transferência dos esforços. Caso a parede seja rugosa, e para isso deve-se obedecer aos critérios de rugosidade da NBR 9062:2006 já citados no capítulo 2, ou seja, conter na interface interna mossas com profundidade mínima de um centímetro a cada 10 centímetros
pelo menos. Se o modelo obedecer tal critério, o conjunto bloco-pilar pode ser dimensionado como estrutura monolítica. Por outro lado, se a interface interna for lisa, ou seja, não atender aos critérios de rugosidades descritas na NBR 9062:2006, deve-se considerar μ = 0,3 nas
paredes do colarinho a fim de se obter as forças de atrito nelas.
Outro fator de grande importância é a resistência do concreto utilizado, . A resistência do concreto adotada para o projeto deve ser o suficiente resistirá ao esmagamento proveniente da força . Essa verificação já está indicada pela equação 2.4. Será adotado valor para o de 25 MPa.
A espessura da parede também será um parâmetro que será variado durante o dimensionamento devido a sua importância direta ao ângulo da biela que forma nas paredes 3 e 4 que trabalham como consolo como já foi apresentado anteriormente pela equação 4.1:
(4.1)
É importante considerar a condição citada por El Debs (2000) em que ≥ 10 cm ou ≥ 1/3 . O valor adotado será o mínimo necessário para que a ligação passe na
verificação do esmagamento da biela de concreto conforme visto na expressão 2.4 ou então, quando for necessário o uso de armadura horizontal e o KMD calculado ultrapassar o valor existente pela tabela de dimensionamento, a largura da parede deverá ser aumentada para que que não haja superdimensionamento da armadura. Como a largura do pilar será constante, ou seja, 40 cm, e a espessura para junta de concreto terá 5 cm, adotaremos = .
Por fim o estudo será feito alterando-se a altura de embutimento. Como foi visto na Tabela 2.1, essa dimensão depende diretamente de alguns critérios, dentre eles a rugosidade da interface interna do colarinho e da relação . Dessa relação extrai-se a excentricidade da força normal no bloco de fundação. E, para cada caso (pequena excentricidade ou grande excentricidade) tem-se um modo de calcular a altura de embutimento mínimo. Os valores adotados serão tais que ora considera-se o limite para pequena excentricidade, ora para grande excentricidade e um valor intermediário em que essa relação
,
no caso desse valor intermediário, o valor de deverá ser dimensionado multiplicando o lado do pilar por 1,78 quando a interface for lisa e 1,38 quando a interface for rugosa. Foi considerado também um caso em que fosse maior do que para que houvesse simulação do comportamento do elemento de ligação trabalhando em edificações do tipo galpão onde tem-se muito momento e pouca forçanormal. Nesse caso chegou-se à , para esse valor, h será multiplicado ora por 3,35 quando a interface for lisa, ora 2,65 quando a interface for rugosa. Esses valores foram encontrados interpolando-se os coeficientes limites de excentricidade. A Tabela 4.1 –
Relações entre Md e Nd para os modelos adotados abaixo mostra essa relação, lembrando
que para os cálculos, o valore de .
Tabela 4.1 – Relações entre Md e Nd para os modelos adotados
Config Relação Md/Nd.h Md (KN.m) Nd (KN) Vd (KN) 1 Md/Nd.h = 0,15 100 1667 100 2 Md/Nd.h = 2 100 125 100 3 Md/Nd.h = 1 100 250 100 4 Md/Nd.h = 0,15 6 100 100 5 Md/Nd.h = 2 80 100 100 6 Md/Nd.h = 1 40 100 100 7 Md/Nd.h = 5 200 100 100 FONTE: O autor
5.
COMPARAÇÃO ENTRE OS TIPOS
DE CÁLICES
Como a bibliografia não foi encontrado material bibliográfico que aborde o dimensionamento de colarinho embutido e do colarinho parcialmente embutido tomou-se algumas suposições para fazer a comparação que diz respeito ao funcionamento dos tipos existentes de colarinhos.
O colarinho externo tem suas paredes totalmente expostas, elas estão menos protegidas estruturalmente, por essa razão as armaduras principais e secundárias, horizontais e verticais presentes nas paredes devem estar bem dimensionados de modo a resistir aos esforços do pilar.
O cálice externo tem de ser cuidadosamente executado. É comum deparar-se com situações em que primeiro é concretado o bloco para, em seguida, concretar-se a parede do elemento de ligação, apesar de ser mais fácil para executar a ligação, tal prática implica em uma junta de concreto na base da parede do colarinho, que é um ponto de alta tensão de compressão e que fica com sua ligação comprometida. Isso pode ser observado na Figura 5.1 – Escoramento de colarinho externoa seguir.
Figura 5.1 – Escoramento de colarinho externo
Como é possível observar na imagem, o topo do bloco foi concretado antes das paredes do cálice. E no momento da foto as paredes foram concretadas, e as formas metálicas estão sendo escoradas. A prática correta para não ocorrer esse problema é fazer uma forma que abranja o bloco de fundação e a parte inferior das paredes do cálice, que é uma região de menor tensão do que a base cálice-bloco de fundação como mostra a Figura 5.2 – Alternativa de forma para colarinho externo a seguir. Essa forma para a parte inferior
das paredes pode ser feita com sarrafos de madeira bem locados de forma que a concretagem possa ter continuidade.
Figura 5.2 – Alternativa de forma para colarinho externo
FONTE: O autor
No caso de colarinho embutido, a situação é diferente, há uma concentração de volume de concreto no sentido em que o momento gira o pilar. Como o concreto tem grande resistência à compressão, e na região há grande volume de concreto, fica dispensável o papel das armaduras horizontais e no que diz respeito à resistência à flexão, por outro lado, a armadura tem a função de enrijecer a abertura do colarinho, por esse motivo fica obrigatória a aplicação dela na estrutura. Para todos os tipos de cálices, será utilizada a armadura em anel superior no lugar de desde que a parede da interface ligação-pilar seja lisa e .
Para os colarinhos embutidos e parcialmente embutidos a armadura secundária e , ela desempenhará apenas a função de aumentar a resistência da parede interna para
que ela não sofra esmagamento. Para esse fim, será adotado 50% da armadura secundáriacalculada, tanto horizontal quanto vertical, ou seja, as armaduras secundárias não ficarão mais ligadas á armadura vertical principal em formato de estribos, mas sim amarrada á ela como se fosse uma grade.
É de extrema importância ressaltar que não foi encontrado em publicações científicas comprovando isso, no entanto fica como sugestão para que seja feito modelos e ensaios que comprovem isso cientificamente. Outro item de extrema importância para o bom desempenho do cálice é a armadura de suspensão como mostra a Figura 2.7 que já foi citado anteriormente no capítulo referente à revisão bibliográfica, armadura principal vertical
tem a função de jogar a força normal da base do cálice para a sua parte superior quando trata-se de colarinho de interface lisa. Isso altera o local da formação da biela de compressão, e, por conseguinte o ângulo da biela.
O mesmo processo que será adotado para o cálice embutido será também adotado para o cálice parcialmente embutido. Com a diferença que no parcialmente embutido haverá parede externa. Os mesmos cuidados no cálice externo para executar a parede devem ser tomados para o cálice parcialmente embutido.
Para o cálice parcialmente embutido, considerou-se que a altura externa da parede representará ora , ora .
Foram dimensionados um total de 56 modelos de colarinho para que se pudesse ter uma base do comportamento do elemento com a alteração dos esforços provenientes do pilar conforme a Tabela 4.1, largura da parede e altura de embutimento. A Tabela 5.1 a seguir contém os resultados obtidos do dimensionamento realizado para os modelos já citados.
Tabela 5.1 – Resultados obtidos através do dimensionamento dos modelos de colarinhos
Comb. Rug. Config.
hc (m) hint (m) hext (m) exct. Lemb (m) Lc (m) Hdsup (KN) Hdinf (KN) Β (rad) Rc(KN) Fvd[KN] hbie [m] σc (KN/m²) Ashp (cm²) Asvp (cm²) Asl (cm²) Asl/Ashp Concreto Forma C Á LI C E EX TE R N O 1 RUGOSO 1 0,19 0,50 0,88 0,15 0,48 0,48 370,0 270,0 0,558 218,14 115,59 0,140 8207 4,26 2,66 5,10 Ashp 0,73 4,26 2 LISO 1 0,18 0,50 0,86 0,15 0,6 0,6 375,0 275,0 0,662 237,76 146,20 0,159 8326 4,31 3,36 5,32 Asl 0,76 4,86 3 RUGOSO 2 0,17 0,50 0,83 2,00 0,64 0,64 307,5 207,5 0,716 203,83 133,82 0,164 7451 3,54 3,08 4,63 Ashp 0,73 4,99 4 LISO 2 0,17 0,50 0,83 2,00 0,8 0,8 312,5 212,5 0,817 228,41 166,60 0,182 7515 3,59 3,83 4,35 Asl 0,81 5,85 5 RUGOSO 3 0,18 0,50 0,86 1,00 0,55 0,55 337,4 237,4 0,632 209,06 123,48 0,152 7622 3,88 2,84 4,70 Ashp 0,73 4,60 6 LISO 3 0,17 0,50 0,83 1,00 0,71 0,71 335,7 235,7 0,759 231,38 159,27 0,172 8067 3,86 3,66 4,98 Asl 0,77 5,38 7 RUGOSO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,48 0,48 135,0 35,0 0,578 80,61 44,06 0,137 3539 1,55 1,01 1,75 Ashp 0,66 4,14 8 LISO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,6 0,60 140,0 40,0 0,675 89,63 55,98 0,156 3444 1,61 1,29 1,77 Asl 0,72 4,78 9 RUGOSO 5 0,17 0,50 0,83 2,00 0,64 0,64 270,0 170,0 0,716 178,98 117,50 0,164 6543 3,11 2,70 3,87 Ashp 0,73 4,99 10 LISO 5 0,17 0,50 0,83 2,00 0,8 0,80 275,0 175,0 0,817 201,00 146,61 0,182 6614 3,16 3,37 3,70 Asl 0,81 5,85 11 RUGOSO 6 0,17 0,5 0,83 5 0,55 0,55 206,96 106,96 0,64 129,39 77,68 0,15 5173 2,38 1,79 2,56 Ashp 0,70 4,52 12 LISO 6 0,17 0,5 0,83 5 0,71 0,71 209,27 109,27 0,76 144,25 99,29 0,17 5029 2,41 2,28 2,74 Asl 0,77 5,38 13 RUGOSO 7 0,17 0,5 0,833 1 1,06 1,06 346,42 246,42 0,95 299,80 244,70 0,20 8815 3,98 5,63 4,29 Ashp 0,92 7,23 14 LISO 7 0,17 0,5 0,83 1 1,34 1,34 348,88 248,88 1,06 357,05 311,54 0,22 9821 4,01 7,17 4,24 Asl 1,05 8,73
Comb. Rug. Config. hc (m) hint (m) hext (m) exct. Lemb (m) Lc (m) Hdsup (KN) Hdinf (KN) Β (rad) Rc(KN) Fvd[KN] hbie [m] σc (KN/m²) Ashp (cm²) Asvp (cm²) Asl (cm²) Asl/Ashp Concreto Forma C Á LI C E IN TE R N O 15 RUGOSO 1 0,19 0,50 0,88 0,15 0,48 0,48 370,0 270,0 0,558 218,14 115,59 0,140 8207 4,26 2,66 5,10 Ashp 1,12 5,14 16 LISO 1 0,18 0,50 0,86 0,15 0,60 0,60 375,0 275,0 0,662 237,76 146,20 0,159 8326 4,31 3,36 5,32 Asl 1,24 5,99 17 RUGOSO 2 0,17 0,50 0,83 2,00 0,64 0,64 307,5 207,5 0,716 203,83 133,82 0,164 7451 3,54 3,08 4,63 Ashp 1,25 6,23 18 LISO 2 0,17 0,50 0,83 2,00 0,80 0,80 312,5 212,5 0,817 228,41 166,60 0,182 7515 3,59 3,83 4,35 Asl 1,45 7,39 19 RUGOSO 3 0,18 0,50 0,86 1,00 0,55 0,55 337,4 237,4 0,632 209,06 123,48 0,152 7622 3,88 2,84 4,70 Ashp 1,18 5,64 20 LISO 3 0,17 0,50 0,83 1,00 0,71 0,71 335,7 235,7 0,759 231,38 159,27 0,172 8067 3,86 3,66 4,98 Asl 1,34 6,75 21 RUGOSO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,48 0,48 135,0 35,0 0,578 80,61 44,06 0,137 3539 1,55 1,01 1,75 Ashp 1,05 5,07 22 LISO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,60 0,60 140,0 40,0 0,675 89,63 55,98 0,156 3444 1,61 1,29 1,77 Asl 1,20 5,94 23 RUGOSO 5 0,17 0,50 0,83 2,00 0,64 0,64 270,0 170,0 0,716 178,98 117,50 0,164 6543 3,11 2,70 3,87 Ashp 1,25 6,23 24 LISO 5 0,17 0,50 0,83 2,00 0,80 0,80 275,0 175,0 0,817 201,00 146,61 0,182 6614 3,16 3,37 3,70 Asl 1,45 7,39 25 RUGOSO 6 0,17 0,50 0,83 1,00 0,55 0,55 207,0 107,0 0,644 129,39 77,68 0,150 5173 2,38 1,79 2,85 Ashp 1,14 5,59 26 LISO 6 0,17 0,50 0,83 1,00 0,71 0,71 209,3 109,3 0,759 144,25 99,29 0,172 5029 2,41 2,28 2,74 Asl 1,34 6,75 27 RUGOSO 7 0,17 0,50 0,84 5,00 1,06 1,06 346,4 246,42 0,95 299,80 244,70 0,204 8815 3,98 5,63 4,29 Ashp 1,78 9,28 28 LISO 7 0,17 0,50 0,84 5,00 1,34 1,06 348,9 248,88 1,06 357,05 311,54 0,218 9821 4,01 7,17 4,24 Asl 2,13 11,32
FONTE: O autor CÁ LI CE PA R C IA LM EN TE EX TE R N O 29 RUGOSO 1 0,34 0,50 1,18 0,15 0,48 0,16 370,0 270,0 0,105 186,03 19,54 0,037 14712 4,26 0,45 1,88 Ashp 1,42 5,41 30 LISO 1 0,30 0,50 1,10 0,15 0,60 0,20 375,0 275,0 0,126 189,01 23,84 0,042 15138 4,31 0,55 2,21 Ashp 1,48 6,14 31 RUGOSO 1 0,20 0,50 0,90 0,15 0,48 0,24 370,0 270,0 0,247 190,81 46,74 0,066 14426 4,26 1,07 4,44 Ashp 0,95 4,74 32 LISO 1 0,17 0,50 0,84 0,15 0,60 0,30 375,0 275,0 0,308 196,73 59,56 0,076 15169 4,31 1,37 6,26 Asl 0,97 5,38 33 RUGOSO 2 0,22 0,50 0,94 2,00 0,64 0,21 307,5 207,5 0,169 155,96 26,18 0,047 14975 3,54 0,60 2,73 Ashp 1,26 6,06 34 LISO 2 0,20 0,50 0,90 2,00 0,80 0,27 312,5 212,5 0,197 159,35 31,27 0,053 15039 3,59 0,72 3,14 Ashp 1,37 7,06 35 RUGOSO 2 0,17 0,50 0,84 2,00 0,64 0,32 307,5 207,5 0,342 163,21 54,75 0,085 11356 3,54 1,26 4,41 Ashp 1,00 5,63 36 LISO 2 0,17 0,50 0,84 2,00 0,80 0,40 312,5 212,5 0,401 169,69 66,18 0,098 10156 3,59 1,52 4,19 Asl 1,14 6,64 37 RUGOSO 3 0,27 0,50 1,04 1,00 0,55 0,18 337,4 237,4 0,134 170,23 22,79 0,042 15092 3,88 0,52 2,29 Ashp 1,31 5,66 38 LISO 3 0,24 0,50 0,98 1,00 0,71 0,24 335,7 235,7 0,165 170,14 27,88 0,048 14716 3,86 0,64 2,62 Ashp 1,42 6,66 39 RUGOSO 3 0,17 0,50 0,84 1,00 0,55 0,28 337,4 237,4 0,298 176,47 51,82 0,074 14030 3,88 1,19 5,63 Ashp 0,93 5,07 40 LISO 3 0,17 0,50 0,84 1,00 0,71 0,36 335,7 235,7 0,360 179,36 63,26 0,089 11870 3,86 1,46 4,81 Asl 1,07 6,08 41 RUGOSO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,48 0,16 135,0 35,0 0,140 68,17 9,50 0,035 11734 1,55 0,22 1,75 Ashp 0,92 4,76 42 LISO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,60 0,20 140,0 40,0 0,158 70,89 11,18 0,039 10789 1,61 0,26 1,77 Asl 1,04 5,55 43 RUGOSO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,48 0,24 135,0 35,0 0,263 69,90 18,14 0,065 6462 1,55 0,42 1,75 Ashp 0,86 4,60 44 LISO 4 0,17 0,50 0,83 0,15 0,60 0,30 140,0 40,0 0,309 73,49 22,38 0,076 5792 1,61 0,51 1,77 Asl 0,96 5,36 45 RUGOSO 5 0,20 0,50 0,90 2,00 0,64 0,21 270,0 170,0 0,175 137,09 23,82 0,047 14610 3,11 0,55 2,75 Ashp 1,19 5,97 46 LISO 5 0,18 0,50 0,86 2,00 0,80 0,27 275,0 175,0 0,205 140,43 28,54 0,052 14877 3,16 0,66 3,22 Asl 1,29 6,95 47 RUGOSO 5 0,17 0,50 0,83 2,00 0,64 0,32 270,0 170,0 0,344 143,41 48,38 0,084 10201 3,11 1,11 3,87 Ashp 0,99 5,61 48 LISO 5 0,17 0,50 0,83 2,00 0,80 0,40 275,0 175,0 0,403 149,47 58,61 0,098 9149 3,16 1,35 3,70 Asl 1,13 6,62 49 RUGOSO 6 0,18 0,50 0,86 1,00 0,55 0,18 207,0 107,0 0,157 104,76 16,34 0,040 14465 2,38 0,38 2,46 Ashp 1,03 5,29 50 LISO 6 0,17 0,50 0,83 1,00 0,71 0,24 209,3 109,3 0,187 106,50 19,83 0,047 13729 2,41 0,46 2,74 Asl 1,15 6,30 51 RUGOSO 6 0,17 0,50 0,83 1,00 0,55 0,28 207,0 107,0 0,300 108,31 31,99 0,074 8802 2,38 0,74 2,88 Ashp 0,92 5,06 52 LISO 6 0,17 0,50 0,83 1,00 0,71 0,36 209,3 109,3 0,363 111,91 39,69 0,089 7572 2,41 0,91 2,74 Asl 1,05 6,07 53 RUGOSO 7 0,17 0,50 0,84 5,00 1,06 0,35 346,4 246,4 0,300 181,29 53,51 0,074 14336 3,98 1,23 4,46 Ashp 1,51 8,62 54 LISO 7 0,17 0,50 0,84 5,00 1,34 0,45 348,9 248,9 0,341 185,07 61,81 0,084 12934 4,01 1,42 4,33 Asl 1,78 10,48 55 RUGOSO 7 0,17 0,50 0,84 5,00 1,06 0,53 346,4 246,4 0,533 201,09 102,16 0,128 9240 3,98 2,35 4,46 Ashp 1,36 8,28 56 LISO 7 0,17 0,50 0,84 5,00 1,34 0,67 348,9 248,9 0,617 213,88 123,75 0,146 8628 4,01 2,85 4,33 Asl 1,60 10,05
Para ficar mais fácil de visualizar os resultados obtidos, foram criados gráficos que expressam o consumo de material e a eficiência do elemento de ligação.
5.1 ARMADURA HORIZONTAL
Como já foi dito antes, segundo El Debs (2000) a armadura deve ser utilizada no lugar de desde que a interface seja lisa e . Dito isso, é observado que, para todos os casos de parede lisa, foi utilizado . É interessante observar a discrepância de valores entre a armadura (utilizado em interface lisa) e (utilizado em interface rugosa). A Figura 5.3 apresenta a armadura horizontal para o cálice externo
Figura 5.3 – Área de armadura horizontal em função da combinação dos esforços para
cálice externo
FONTE: O autor
Pode-se concluir que a armadura é dimensionada de modo majorada, compensando assim a monoliticidade reduzida em comparação ao colarinho rugoso. No entanto o valor dimensionado para e são bem próximos. Vale a pena ressaltar que o modelo genérico adotado é simplificado e possui momento apenas em uma direção, por isso deve ser escolhido apenas uma das armaduras horizontais, em casos de momento oblíquo as armaduras devem ser sobrepostas.
Houve discrepância, em média, de 19,4% entre a armadura rugosa e lisa para esse caso.
Figura 5.4 – Área de armadura horizontal em função da combinação dos esforços para cálice interno
FONTE: O autor
Como pode ser analisado, a armadura horizontal para o cálice interno foi a mesma dimensionada para o cálice externo, isso porque, como foi previamente adotado, seria utilizada a largura da parede mínima necessária para o elemento resistir à tensão de compressão ou para que não houvesse superdimensionamento de armadura Asl, nos dois
casos de colarinhos, a largura de parede foi a mesma adotada. Outra característica que foi adotada em ambos e que culminou na armadura semelhante foi a altura da parede externa . Instintivamente seria empregada a altura externa da parede como sendo zero para cálices internos já que não há parede aparente. No entanto, para esse valor, seria dimensionado um ângulo β negativo, que por sua vez originaria uma seção negativa para as
armaduras do elemento de ligação. Como solução a armadura foi dimensionada como se a ligação fosse de cálice externo, ou seja, o elemento está superdimensionado. Embora esse ato prejudique a ideia do trabalho que é comparar quantitativamente o material utilizado nos colarinhos, fica apontada uma consequência da falta de material disponível para dimensionamento da mesma, ou seja, a recorrência ao superdimensionamento feito por projetistas.
A Figura 5.5 e Figura 5.6 são gráficos de armaduras horizontais para cálices parcialmente embutido. Enquanto a armadura dimensionada para interface rugosa permaneceu a mesma em comparação aos demais modelos de colarinhos, a armadura para interface lisa teve variação em seu valor.
Figura 5.5- Área de armadura horizontal em função da combinação dos esforços para cálice parcialmente embutido com Lc = 1/3Lemb
. FONTE: O autor
Figura 5.6 - Área de armadura horizontal em função da combinação dos esforços para cálice parcialmente embutido com Lc = 1/2Lemb
FONTE: O autor
Os colarinhos parcialmente embutidos a armadura rugosa foi dimensionada com os mesmos critérios do cálice embutido e do externo. A diferença na quantidade de armadura horizontal deve-se ao fato de a mesma levar em consideração a largura da parede
menos o cobrimento. Como temos altura externa de parede variando, temos também resistência da parede variando. Isso culminou em ter de alterar a largura da parede do colarinho para que a verificação da tensão de compressão do concreto fosse aceito. A
discrepância entre as armaduras horizontais para parede lisa foi de 112% entre os modelos com Lc = (1/2)Lemb e Lc = (1/3)Lemb.
5.2 ARMADURA VERTICAL
Como foi dito antes, a armadura de suspensão, , tem a finalidade de deslocar o esforço para a parte superior do bloco de fundação para que se altere o ângulo de formação da biela de compressão. Como acontece nos colarinhos embutidos visto na figura Figura 2.7 – Formação da biela de compressão a partir da parte superior do bloco devido a armadura principal vertical.
A Figura 5.7 e Figura 5.8 são gráficos da armadura vertical para os cálices internos e externos. Como já foi dito antes, ambos tiveram mesmo método de dimensionamento, o que acabou por gerar mesma armadura para os dois casos.
Figura 5.7 – Armadura vertical em função da combinação dos esforços para cálice externo
Figura 5.8- Armadura vertical em função da combinação dos esforços para cálice interno
FONTE: O autor
Os parâmetros foram adotados tais que e limite igual para o interno e externo (0,17 m em todos os modelos).
Fica claro novamente a necessidade de se ter área de armadura em colarinhos de paredes lisas maior em relação aos colarinhos de paredes rugosas. Em média, essa armadura é acrescida 25% em relação ao elemento com parede rugosa.
A Figura 5.9 e Figura 5.10 a seguir apresenta a armadura vertical para os cálices parcialmente embutidos.
Figura 5.9 - Armadura vertical em função da combinação dos esforços para cálice parcialmente interno. Lc = 1/3 Lemb
Figura 5.10- Armadura vertical em função da combinação dos esforços para cálice parcialmente interno. Lc = 1/2 Lemb
FONTE: O autor
Embora a disposição dos pontos plotados nos gráficos para cálices parcialmente embutidos sejam semelhantes aos cálices externo e interno. Nota-se que seus valores deram diferentes. Em todos os casos de combinação 7 houve maior consumo de armadura vertical, o que mostra que o momento influencia mais do que a normal para essa armadura.
Entre o cálice com e o cálice com , houve um consumo duas vezes maior para o primeiro caso, isso deve-se ao fato de uma maior parcela de embutimento externo ao bloco de fundação. Ou seja, quanto mais o comprimento de embutimento estiver externo ao bloco, maior será o consumo de armadura vertical. Se considerarmos o gráfico referente ao cálice parcialmente embutido com
(caso em que ouve na média menor consumo de armadura vertical) em comparação com o gráfico de cálice externo (caso em que houve na média maior consumo de armadura vertical), houve um consumo 5,16 vezes de área de seção de aço maior para o parcialmente embutido.
A prática de dimensionar o colarinho interna afeta diretamente nos resultados esperados do consumo de armadura, visto que o que está sendo feito é um superdimensionamento da estrutura.
5.3 TENSÃO DE COMPRESSÃO NA BIELA DA PAREDE DO CÁLICE
Para o concreto com resistência fck = 25 MPa, independente do tipo de colarinho dimensionado, todos tem de ter sua parede solicitada até 15178,57 kN/m². Quando a largura da parede solicitada (hc) mínima não foi suciente para que a verificação ao esmagamento da
biela ( fosse verdadeira, a mesma foi aumentada até que a verificação estivesse cumprida. Ou seja, a largura da parede hc está diretamente proporcional a
resistência da biela. A Figura 5.11 apresenta a relação da tensão na biela formada na parede do colarinho em função das combinações dos esforços.
Figura 5.11 – Tensão de compressão em função das combinações dos esforços para cálice interno e cálice externo
FONTE: O autor
A tensão de compressão depende de parâmetros como a largura da parede ( ), força proveniente da biela ( , reação da biela ( , que por sua vez dependem do ângulo de formação da biela e da força superior . Como a armadura do cálice externo foi dimensionado da mesma forma que o cálice interno, a tensão de compressão gerada foi a mesma em ambos os casos.
Entre a interface lisa e a interface rugosa a variância máxima foi de 5% para a combinação 1, em que a excentricidade é baixa. Esse fato comprova que a rugosidade da interface interfere pouco na resistência a compressão da biela de concreto.
Figura 5.12 – Tensão de compressão em função das combinações dos esforços para cálice parcialmente embutido
FONTE: O autor
No gráfico anterior todos os modelos de cálice parcialmente foram analisados juntamente. De uma maneira bem abrangente ficou evidente que os cálices que possuem
tem resistência menor em relação aos cálices com . Para o caso de modelos rugosos, a altura de embutimento não interferiu muito no resultado para a resistência, exceto para a última combinação de esforço em que o colarinho com parede rugosa e f oi 2,23 vezes maior do que .
5.4 CONSUMO DE CONCRETO
Foi calculado o consumo de concreto para cada um dos modelos dimensionados. A parcela de volume de concreto referente ao bloco de fundação em si foi considerada também. A Figura 5.13 – Consumo de concreto em função das combinações dos esforços a
Figura 5.13 – Consumo de concreto em função das combinações dos esforços
FONTE: O autor
A Figura 5.14, Figura 5.15 e Figura 5.16 estão inseridas para que seja mais fácil visualizar a Figura 5.13 – Consumo de concreto em função das combinações dos esforços
anterior.
Figura 5.14 – Consumo de concreto em função das combinações dos esforços para
Cálice Externo
Figura 5.15 – Consumo de concreto em função das combinações dos esforços para Cálice Interno
FONTE: O autor
Figura 5.16 – Consumo de concreto em função das combinações dos esforços para
Cálice Parcialmente Embutido
FONTE: O autor
O consumo de concreto está diretamente relacionado à geometria do elemento de ligação.
Em todos os casos para um tipo de colarinho, seja externo, interno ou parcialmente embutido, a parede lisa exige maior consumo de concreto, isso se deve ao fato de as paredes lisas necessitarem maior altura de embutimento.
Analisando o gráfico e a tabela Tabela 5.1 é possível concluir que o cálice interno consome mais concreto, na média 1,35 m³, e que o cálice externo consome menos, na
média 0,78 m³. O caso em que isso é mais evidenciado é na combinação 2, onde o cálice interno liso consome 3,57 vezes mais concreto do que o cálice externo rugoso.
Houveram casos em que o cálice parcialmente embutido superou o consumo de concreto do cálice embutido. Isso se deve ao redimensionamento da largura da parede (hc)
que acabou por aumentar a largura externa do colarinho (hext) e, por consequência, a largura
do bloco de fundação
Seguido pelo colarinho interno, os modelos que consomem mais concreto são, respectivamente, cálice parcialmente embutido com e o cálice parcialmente embutido com .
5.5 CONSUMO DE FORMA
O consumo de forma dos modelos será proporcional a seu volume. A Figura 5.17 mostra essa relação de acordo com a geometria dimensionada em cada modelo dimensionado.
Figura 5.17 – Consumo de forma em função das combinações dos esforços
FONTE: O autor
Para que se tenha melhor visualização do consumo das formas para cada tipo de colarinho, a Figura 5.17 será desfragmentada nas figuras Figura 5.18, Figura 5.19 e
Figura 5.18 – Consumo de forma em função das combinações dos esforços para Cálice Externo
FONTE: O autor
Figura 5.19 – Consumo de forma em função das combinações dos esforços para Cálice Interno
Figura 5.20 – Consumo de forma em função das combinações dos esforços para
Cálice Parcialmente Embutido
FONTE: O autor
Pela Tabela 5.1 e Figura 5.17 fica claro que o cálice interno consome mais forma do que os outros modelos (6,75 m² na média) e que o cálice externo é o que consome menos forma (5,39 m² na média). Uma diferença na média de 25% de consumo. No entanto é importante frisar que não é necessariamente vantajoso ter menos consumo de forma de um modelo pro outro. No caso de cálice externo, por exemplo, há em média um maior consumo de forma em relação ao colarinho interno, entretanto tem-se muito mais recorte de forma, o que acaba gerando maior mão de obra para executar o serviço de forma e maior desperdício por conta de material recortado que não pode ser r eaproveitado.
6.
CONCLUSÕES
O trabalho proposto teve por objetivo estudar os tipos de colarinhos existentes e seus processos de cálculo, analisar seu funcionamento a partir da influencia da variação de sua rugosidade e da sua altura de embutimento e dimensionar modelos pré-estabelecidos a fim de comparar o consumo de seu material.
Com o trabalho finalizado foi possível concluir que o cálice externo consome menos volume de concreto do que os demais, o cálice embutido consome mais volume de concreto e o cálice parcialmente embutido consome um valor intermediário entre os dois modelos.
Quanto ao consumo de forma, verificou-se que o cálice externo consome menos área de forma, que o cálice interno consome mais área de forma e que o colarinho parcialmente embutido novamente consome um valor intermediário entre os dois outros modelos. Lembrando que, construtivamente consumir menor área de forma não é necessariamente consumir menos material ou mão-de-obra, visto que está sendo analisado apenas o material necessário, não o processo construtivo. Por esse aspecto é conveniente dizer que o cálice interno é mais vantajoso do ponto de vista do consumo de forma já que não é necessário fazer forma para a interface externa do elemento de ligação.
Para a armadura todos os modelos foram dimensionados pelo mesmo modelo, o que gerou o mesmo valor para armaduras horizontais. No entanto, para o colarinho parcialmente embutido verificou-se uma seção de armadura inferior em relação aos demais tipos de ligação devido ao fato de esse ser o único modelo em que a altura da parede externa variou conforme a altura de embutimento (ora 1/2 altura de embutimento, ora 1/3 altura de embutimento).
Com isso chegou-se a conclusão de que o cálice parcialmente externo seria o mais vantajoso do ponto de vista de consumo de material já que ele está em posição intermediária quanto a consumo de forma e de concreto e que consome menos armadura horizontal.
6.1 PROPOSTA PARA TRABALHOS FUTUROS
As conclusões para esse trabalho não podem ser ainda levadas em conta para se fazer um projeto de ligação pilar-bloco de fundação. Conforme foi dito encontrou-se falta de material técnico para a realização desse trabalho tanto para o colarinho embutido quanto para o colarinho parcialmente embutido. Fica como sugestão o desenvolvimento de modelos
teóricos e ensaios para que se crie um método de dimensionamento de armadura para o colarinho parcialmente embutido e o colarinho embutido. O ato de utilizar o método de cálculo para o cálice externo para os outros modelos acabam por superdimensionar o elemento.
No que diz respeito à execução do elemento de fundação, foram encontradas poucas recomendações construtivas. Outra sugestão é uma pesquisa para definir os procedimentos adotados detalhadamente durante a execução do colarinho o que irá garantir o bom funcionamento do mesmo após sua montagem.
7.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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