ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGAÇÃO VIGA-COLUNA EM PERFIS TUBULARES EM AÇO
Gabriel Barros dos Santos
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.
Orientador: Eduardo de Miranda Batista
Rio de Janeiro Dezembro de 2014
ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGAÇÃO VIGA-COLUNA EM PERFIS TUBULARES EM AÇO
Gabriel Barros dos Santos
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.
Examinada por:
________________________________________________
Prof. Eduardo de Miranda Batista, D.Sc.
________________________________________________
Prof. Alexandre Landesmann, D.Sc.
________________________________________________
Prof. Luciano Rodrigues Ornelas de Lima, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL DEZEMBRO DE 2014
iii
Santos, Gabriel Barros dos
Análise Experimental de Ligação Viga-Coluna em Perfis Tubulares em Aço/ Gabriel Barros dos Santos. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2014.
IX, 146 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Eduardo de Miranda Batista
Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Civil, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 114-115.
1. Estruturas metálicas. 2. Ligações viga-coluna. 3.
Ensaios Experimentais. I. Batista, Eduardo de Miranda. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III. Título.
iv
“Há uma coisa mais importante que as mais belas descobertas: o conhecimento do método pelo qual são feitas.”
Gottfried Leibniz
v
Agradecimentos
À minha família por todo apoio aos estudos desde antes da alfabetização até a pós-graduação, incluindo períodos de intercâmbios, sabendo eles que este é o maior legado que deixarão para mim.
Ao meu orientador Professor Eduardo Batista pela confiança, paciência, incentivo e conhecimentos fornecidos ao longo de todo o mestrado e, principalmente, no desenvolvimento deste trabalho.
A Vallourec & Sumitomo Tubos do Brasil, em especial ao Engenheiro Afonso Henrique Mascarenhas de Araújo, pelas informações trocadas desde a sugestão de pesquisa até o fornecimento dos materiais necessários para o experimento.
A Brafer Construções Metálicas, em especial ao Eng. Humberto Miró, Eng.
Abraão Leite, Eng. Rafael Bortoli, Eng. Pasquale Tsingos, e a Sra. Luciana Santos pelos serviços de fabricação, montagem e transporte dos protótipos para a COPPE.
A CODEME, em especial ao Eng. Roberval Pimenta, pelas sugestões realizadas durante os experimentos.
Ao amigo e Professor Luciano Ornelas por todas as sugestões e críticas realizadas em fase de preparação deste trabalho e tantas outras fornecidas ao longo de toda a minha formação de Engenheiro Civil na UERJ.
A REDAV Serviços de Engenharia e a RADIX Engenharia e Software pela minha liberação para os estudos do mestrado e elaboração deste trabalho acadêmico.
Ao amigo e Projetista Magno Castro pelo auxílio na verificação e elaboração de desenhos técnicos e detalhes pertinentes.
Aos amigos de mestrado da COPPE Ana Paula Smiderle, Carlos Seruti, Fabiano Pimentel, Rodolfo Conceição, Leonardo Alexandre, Luiz Octavio, Marcela Santos, Meline Possidonio, Natasha Amador e Raissa Laubenbacher, pelo companheirismo e parceria ao longo dos estudos.
À equipe técnica do Laboratório de Estruturas da COPPE (Labest), em especial ao Anísio, Arnaldo, Flávio Sarquis, Manoel e Santiago, sem os quais os ensaios experimentais não teriam sido realizados.
A UFRJ/COPPE e a todos que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste trabalho.
vi Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
ANÁLISE EXPERIMENTAL DE LIGAÇÃO VIGA-COLUNA EM PERFIS TUBULARES DE AÇO
Gabriel Barros dos Santos
Dezembro/2014
Orientador: Eduardo de Miranda Batista
Programa: Engenharia Civil
O objetivo principal dessa dissertação é a investigação experimental do comportamento de ligações viga-coluna parafusadas de aço com perfis tubulares retangulares (TR) com foco na rigidez inicial rotacional da ligação. As tipologias das ligações adotadas tiveram por objetivo uma harmonia entre a fabricação, a montagem e a eficiência estrutural. As componentes da ligação são duas chapas soldadas ou inseridas na coluna, internamente conectadas com as almas de vigas tubulares retangulares por duas linhas horizontais de parafusos. O trabalho focou no desenvolvimento de experimentos divididos em dois principais conceitos relativos aos parafusos: fixados por aperto normal e parafusos com protensão por controle de torque.
Os resultados experimentais permitiram a identificação e classificação das ligações quanto à rigidez rotacional em função do comportamento momento vs. rotação das mesmas. As ligações com parafusos protendidos apresentaram comportamento rígido para valores de momento resistentes até 50kNm.
vii Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
EXPERIMENTAL ANALYSIS OF BEAM-TO-COLUMN CONNECTION WITH STEEL HOLLOW PROFILES
Gabriel Barros dos Santos
December/2014
Advisor: Eduardo de Miranda Batista
Department: Civil Engineering
The main purpose of this dissertation is to investigate the behavior of beam-to- column bolted connection of steel rectangular hollow sections (RHS) focusing on initial rotational stiffener connections. The typologies of the connections were conceived to combine simplicity in fabrication and erection with structural effectiveness. The connection components are two cleat plates butt-welded with inserted through the RHS column, internally connected to the webs of the RHS beam with top and bottom horizontal bolt lines. The work focused in experimental tests divided in two concepts concerning the bolts tightens: regular manual grip and prestressed bolts by controlled grip. The experimental results allowed the identification and classification of stiffness connection by the moment vs. rotation behavior. Prestressed bolted connections showed a rigid behavior up to 50kNm of applied moment.
viii
Sumário
AGRADECIMENTOS ... V SUMÁRIO ... VIII
1 INTRODUÇÃO ... 1
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 1
1.2 APLICAÇÃO DOS PERFIS TUBULARES ... 1
1.2.1 PRINCIPAIS VANTAGENS DOS PERFIS TUBULARES ... 1
1.2.2 FABRICAÇÃO DE PERFIS TUBULARES ... 3
1.2.3 LIGAÇÕES ENTRE PERFIS TUBULARES ... 4
1.3 OBJETIVOS ... 5
1.4 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ... 6
2 COMPORTAMENTO DAS LIGAÇÕES ... 7
2.1 ESTUDO DE LIGAÇÕES ... 7
2.1.1 LIGAÇÕES VIGA-COLUNA ... 8
2.1.2 NORMAS E REGULAMENTOS ... 11
2.2 PESQUISAS RECENTES ... 15
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 23
3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 23
3.2 PROTÓTIPOS EXPERIMENTAIS ... 24
3.2.1 CONFIGURAÇÕES GERAIS DOS PROTÓTIPOS ... 24
3.2.2 GEOMETRIA DOS PROTÓTIPOS E DETALHES DAS LIGAÇÕES ... 25
3.2.3 MATERIAIS ... 31
3.3 PRÉ-DIMENSIONAMENTO DA LIGAÇÃO ... 32
3.3.1 VERIFICAÇÃO DOS PARAFUSOS AO CORTANTE... 35
3.3.2 VERIFICAÇÃO A PRESSÃO DE CONTATO EM FUROS ... 36
3.3.3 VERIFICAÇÃO DA CHAPA DE LIGAÇÃO AO CISALHAMENTO ... 37
3.3.4 SOLDA DA CHAPA DE LIGAÇÃO ... 37
3.3.5 VERIFICAÇÃO DAS PAREDES DO PERFIL TUBULAR RETANGULAR AO ESFORÇO CORTANTE ... 37
3.3.6 LIGAÇÃO VIGA-COLUNA SOLDADA ... 39
3.4 FABRICAÇÃO E MONTAGEM DOS PROTÓTIPOS ... 41
3.4.1 FABRICAÇÃO DOS PROTÓTIPOS ... 42
3.4.2 PREPARAÇÃO E MONTAGEM DOS PROTÓTIPOS NO LABEST - COPPE ... 43
3.5 SISTEMA DE APLICAÇÃO DO CARREGAMENTO ... 47
3.6 INSTRUMENTAÇÃO ... 47
3.6.1 MEDIÇÃO DA ROTAÇÃO RELATIVA ENTRE AS VIGAS E A COLUNA ... 50
3.6.2 MEDIÇÃO DA DEFORMAÇÃO EM PONTOS ESPECÍFICOS ... 53
ix
3.6.3 ESTIMATIVA DA PROTENSÃO APLICADA NOS PARAFUSOS A PARTIR DA
EXTENSOMETRIA ELÉTRICA ... 55
3.7 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS ... 60
4 RESULTADOS EXPERIMENTAIS ... 61
4.1 INTRODUÇÃO ... 61
4.2 PROTÓTIPO SA_1: LIGAÇÃO POR ATRITO ... 61
4.3 PROTÓTIPO SA_2 ... 72
4.3.1 ENSAIO E_SA_2.1 ... 73
ENSAIO E_SA_2.2 : LIGAÇÃO POR ATRITO ... 80
4.4 PROTÓTIPO CA_1 ... 90
4.4.1 ENSAIO E_CA_1.1: LIGAÇÃO POR ATRITO ... 91
4.4.2 ENSAIO E_CA_1.2: LIGAÇÃO POR ATRITO ... 103
4.5 PROTÓTIPO CA_2 ... 112
4.6 CONCLUSÕES GERAIS ... 118
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 120
5.1 INTRODUÇÃO ... 120
5.2 CONCLUSÕES ... 120
5.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 121
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 123
ANEXO 1. CERTIFICADOS DAS MATÉRIAS-PRIMAS ... 125
ANEXO 2. VERIFICAÇÃO DA LIGAÇÃO PROPOSTA ... 134
1
1 Introdução
De uma maneira geral, os elementos estruturais de aço na construção civil são concebidos para serem cortados, furados, soldados e pintados em instalações protegidas, e montados, ou ligados na obra, com base nas técnicas de construção pré-fabricada. Isto permite a redução do trabalho na obra e a realização de montagens de forma expedita, se comparadas com os métodos tradicionais de construção com moldagem no local [1].
A concepção e estudo de ligações estruturais, por sua vez, apresenta uma etapa fundamental do projeto estrutural em aço já que sua repetição ao longo de toda a estrutura e sua influência no comportamento individual e global da mesma estrutura estão relacionados diretamente com o tempo e custo de uma obra.
Desta forma, a proposição de uma nova tipologia de ligação entre perfis metálicos requer uma cuidadosa análise sobre diversos aspectos, sejam estruturais, estéticos e de fabricação.
O uso de perfis tubulares está em constante crescimento no Brasil e no mundo.
Suas características especiais favorecem a disseminação do uso tanto em novos projetos como em pesquisas acadêmicas.
1.2.1 Principais vantagens dos perfis tubulares
As excelentes propriedades das seções em formato tubular no que se refere a carregamentos de compressão, torção e flexão em todas as direções proveem versatilidade e soluções econômicas. Sua forma, por vezes inspirada na natureza, como são os casos dos caules do trigo e do bambu apresentados na Figura 1, comprovam essas qualidades.
2 (a) Bambu. (b) Caules do trigo sob ação do vento.
Figura 1. Seções tubulares observadas na natureza [2].
As seções transversais fechadas usuais em aço, por não terem cantos vivos, possuem menor área a ser protegida contra a corrosão, se comparadas com seções transversais abertas, como mostra a Figura 2.
Figura 2. Superfície de pintura de perfis com seções transversais abertas e perfis de seções tubulares (adaptado de [2]).
Outra propriedade relevante de seções tubulares circulares, por exemplo, é o seu coeficiente de forma utilizado para estimativa da força de vento e ondas incidentes sobre estes perfis. A norma americana API 2010 [3] sugere que para perfis com seções tubulares adote-se coeficiente de forma de 0,5 enquanto que para seções transversais usuais tipo I adote-se coeficiente de forma igual a 1,5. Estes valores devem ser diretamente aplicados para o cálculo da força equivalente estática do vento para propósitos de verificação estrutural.
3 Em suma, as excelentes propriedades estruturais dos perfis tubulares, combinadas com atrativas formas para aplicações arquitetônicas ajudam a promover a aplicação deste tipo de seção transversal.
1.2.2 Fabricação de perfis tubulares
No século 19, os primeiros métodos de produção de perfis circulares soldados e perfis circulares sem costura foram desenvolvidos. Em 1889, os irmãos Mannesmann desenvolveram o processo de laminação com perfuradores, mostrado na Figura 3, através do qual foi possível a obtenção de perfis sem costura para seções tubulares de paredes relativamente finas. Ao longo dos anos o processo foi aperfeiçoado para se obter espessuras de paredes cada vez mais finas [2].
(a) Laminador Perfurador
(b) Laminador redutor
(c) Foto do laminador perfurador Figura 3. Processo de laminação com perfurador desenvolvido pelos irmãos Mannesmann [2].
Na primeira metade do século anterior, o inglês Whitehouse desenvolveu um processo de fabricação de perfis tubulares circulares soldados a quente. Contudo, este processo se tornou mais importante após o desenvolvimento do método de fabricação de forma contínua desenvolvida pelo americano Fretz Moon, em 1930 [2].
4 Em 1952, os perfis tubulares retangulares foram desenvolvidos por Stewarts &
Lloyds (atuais Corus Tubes, uma subsidiária do grupo Tata Steel).
Atualmente, o processo de fabricação adotado pela V&M, na fabricação dos perfis utilizados nos ensaios apresentados neste trabalho, consiste na laminação automática. Após a fabricação do aço e obtenção de tarugos circulares obtidos através de lingotamento contínuo, estes são inseridos em laminadores perfuradores e em laminadores com mandris (ver Figura 3 b) para dar a forma de perfil com seção tubular.
Em seguida, segue-se para o leito de resfriamento, um descarepador hidráulico (jatos aplicam água nos perfis laminados), em seguida são encaminhados para o laminador acabador, onde os tarugos são cortados em tamanhos padronizados e, ao final, repousam nos leitos de resfriamento [4].
1.2.3 Ligações entre perfis tubulares
As aplicações de perfis tubulares tem se tornado cada vez mais frequentes. Cada vez mais ligações complexas são empregadas em projetos com perfis tubulares. A Figura 4 (a) mostra a ligação da estrutura auxiliar com a estrutura principal do terminal de passageiros do aeroporto internacional de Guararapes; e a Figura 4 (b) mostra outro detalhe da mesma obra. A Figura 5 mostra o detalhe dos perfis de eixo reto de 273 mm de diâmetro que formam um V suspenso fixado em seu vértice, a estrutura que suporta marquise do Shopping Iguatemi de Fortaleza/CE.
(a) (b)
Figura 4. Ligações da estrutura metálica do Terminal de Passageiros do Aeroporto Internacional de Guararapes – Recife/PE [5].
5
(a) (b)
Figura 5. Estrutura de sustentação da marquise do Shopping Iguatemi – Fortaleza/CE [6].
Em sua grande maioria, ligações mais complexas são analisadas através de programas de análise com emprego do método dos elementos finitos, sendo altamente recomendada a análise experimental em protótipos físicos para sua validação.
Com o esforço dos pesquisadores na análise de ligações tubulares inovadoras, este tema está em constante evolução. A pesquisa experimental de ligações entre perfis tubulares tem como objetivo a caracterização do real comportamento destas ligações.
O presente trabalho propõe-se a analisar, através de experimentos em laboratório, o comportamento de ligações viga-coluna entre perfis tubulares retangulares (TQ) proposta após debates com profissionais da indústria de fabricação de tubos de aço e da fabricação de estruturas metálicas.
As análises experimentais tiveram como objetivo principal, a obtenção da resposta momento vs. rotação relativa, obtida para cada ensaio realizado.
Adicionalmente, foram medidas deformações em pontos considerados relevantes para a compreensão do comportamento estrutural das ligações.
A ligação é constituída por duas chapas de ligação soldadas na coluna em uma primeira etapa, e, em seguida, a viga é fixada por intermédio de parafusos com objetivo de dinamizar a construção.
Ao instalar as chapas de ligação internamente na viga de seção tubular, e ao deixar somente os parafusos à mostra, a ligação tira partido de uma estética incomum.
6 As chapas de ligação soldadas previamente às colunas tornam a montagem simples e rápida. Ao considerar que as ligações podem se repetir dezenas ou centenas de vezes em uma edificação, o tempo de execução pode ser significativamente afetado.
O primeiro tipo de ligação adotada considera a presença de abertura na mesa superior das vigas, com o objetivo de facilitar o processo de aparafusamento. No outro tipo de ligação, em contrapartida, não foram adotadas aberturas nas mesas das vigas e as porcas já vem ponteadas nas faces internas das chapas de ligação. Nos capítulos seguintes, as ligações são apresentadas e detalhadas de forma apropriada.
Este trabalho foi organizado por capítulos conforme resumido a seguir:
O Capítulo 1 aborda breves considerações iniciais, aplicações do uso de perfis tubulares, os objetivos e, de forma sucinta, descreve a metodologia adotada.
O Capítulo 2 discorre sobre o estudo do comportamento das ligações, com foco nas ligações do tipo viga-coluna, com inclusão de pesquisas realizadas no âmbito das ligações, em especial entre perfis tubulares.
O Capítulo 3 descreve os ensaios experimentais desenvolvidos no Laboratório de Estruturas da COPPE/UFRJ a fim de caracterizar o comportamento das ligações propostas, incluindo a fabricação dos protótipos, as propriedades dos materiais, os componentes utilizados para aplicação dos carregamentos e para instrumentação, o sistema de captação dos dados e a forma como os dados foram tratados.
O Capítulo 4 apresenta os resultados obtidos através de seis ensaios realizados em quatro protótipos.
O Capítulo 5 inclui as considerações finais, com as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
Por último, são incluídas a Referência Bibliográfica e os Anexos contendo os certificados de matéria prima fornecidos pela fabricante dos perfis e o pré- dimensionamento da ligação dos protótipos.
7
2 Comportamento das ligações
A concepção de uma ligação exige um conhecimento intuitivo de como o sistema irá transmitir os carregamentos e o entendimento dos mecanismos estruturais, como o equilíbrio dos esforços e tensões internas e os estados limites de serviço e último (colapso estrutural).
Em sua abrangência, o estudo de ligações metálicas inclui o comportamento isolado dos elementos de ligação, da região nodal conforme referido na Figura 6 e a avaliação da sua contribuição para o comportamento no sistema estrutural como um todo.
Figura 6. Termos gerais utilizados para ligações (retirado de [7]).
Comumente, inicia-se o estudo das ligações pelo comportamento isolado dos principais elementos básicos de ligação: os parafusos e as soldas. No caso dos parafusos: seus tipos, formas de uso (por contato ou atrito) e resistências. No caso das soldas: seus processos de execução (eletrodo revestido, arco submerso ou com proteção gasosa), simbologias, resistências e limitações construtivas.
8 A seguir são analisadas as resistências de grupo dos elementos básicos. Em ligações parafusadas, analisam-se principalmente os grupos de parafusos submetidos a cisalhamento, tração ou a ambos os esforços combinados. Em ligações soldadas, as soldas submetidas a esforços axiais centrados e fora de seu plano, como por exemplo, um cisalhamento excêntrico.
As regiões nodais e em particular as ligações são analisadas também devido às suas particularidades. Estas análises são baseadas nas teorias de Resistência dos Materiais combinadas com modelos simplificados de plasticidade de elementos de aço e validadas através de modelos em elementos finitos ou em ensaios experimentais.
Devido à sua influência direta no comportamento global das estruturas e ao aumento de complexidade das ligações metálicas, os estudos tornaram-se mais necessários, buscando a avaliação de parâmetros como rigidez, resistência e ductilidade das ligações.
2.1.1 Ligações Viga-Coluna
Em pórticos metálicos, as ligações viga-coluna merecem especial atenção devido à sua influência no comportamento estrutural e na transmissão dos esforços entre seus elementos. Tradicionalmente, durante a elaboração de projetos de estruturas metálicas, como edificações e galpões, as ligações não são alvo de dimensionamento compatível com seu comportamento real.
As ligações podem ser classificadas por diversos parâmetros. Quanto à sua rigidez, as ligações viga-coluna são classificadas em flexíveis, semirrígidas ou rígidas.
A Figura 7 apresenta a rotação relativa entre viga e coluna e um gráfico momento- rotação obtido para uma ligação genérica.
9 (a) Típico protótipo de ligação para teste
experimental.
(b) Curva momento-rotação.
Figura 7. Obtenção da curva momento-rotação (M-θ) através de experimentos (adaptado de [2]).
Idealmente, as ligações rígidas apresentam rotação relativa nula entre a coluna e a viga. Por consequência, os esforços de flexão são transmitidos integralmente das vigas para as colunas.
Nas ligações flexíveis, ao contrário das ligações rígidas, há rotação relativa sem impedimentos entre a viga e a coluna, o que impede a transferência de esforços de flexão da viga para a coluna.
As ligações semirrígidas por sua vez situam-se a meio termo entre as ligações flexíveis e rígidas. Há rotação relativa entre a viga e a coluna, mas com impedimento relativo a este movimento. Isto faz com que os esforços de flexão da viga sejam parcialmente transferidos para as colunas.
A Figura 8 apresenta dois exemplos de ligações: (a) a ligação é usualmente classificada como rígida, pois se considera que a rotação relativa entre a viga e a coluna mantém-se nula após aplicação do carregamento; (b) a ligação é usualmente dita como flexível, pois a rotação relativa entre viga e coluna é considerada livre, ou seja, sem impedimentos, e por isto não transferiria esforços de flexão para a coluna.
10
(a) Ligação rígida. (b) Ligação flexível.
Figura 8. Exemplos de ligações comumente classificadas como rígida e flexível, pois (a) mantém ângulo entre viga e coluna próximo ao inicial (90º); (b) ângulo entre viga e coluna varia
em relação ao carregamento (adaptado de [9]).
O que se sabe, através de experimentos realizados [9], é que ligações consideradas como flexíveis frequentemente apresentam rigidez rotacional considerável, portanto não nula, diferindo de uma rótula mecânica perfeita. Por outro lado, ligações comumente consideradas como rígidas desenvolvem rotação relativa de flexão, não mantendo a angulação inicial, permitindo, portanto a liberação parcial da rotação viga-coluna.
A Figura 9 apresenta as curvas teóricas momento vs. rotação para (a) ligações rígidas e (b) ligações flexíveis. Observa-se que uma ligação rígida apresenta rotações relativas nulas, enquanto a ligação flexível permite rotação livre.
(a) Ligações perfeitamente rígidas (engastadas).
(b) Ligações perfeitamente flexíveis (pinadas).
Figura 9. Curvas momento vs. rotação idealizadas para ligações perfeitamente rígidas e perfeitamente flexíveis.
Embora sejam raríssimos os casos onde as ligações apresentem comportamento perfeitamente rígido ou perfeitamente flexível, comumente são classificadas assim de
0 2 4 6 8 10 12
0 2 4 6 8 10
M
θ
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
0 2 4 6 8 10
M
θ
11 forma a facilitar a análise e o dimensionamento estrutural de suas partes, visto que a parcela semirrígida, em certos casos, possui maior complexidade para consideração.
A obtenção da rigidez de uma ligação é feita através de análises experimentais em modelos físicos, análises baseadas em simulações numéricas com uso, por exemplo, do Método de Elementos Finitos, ou, ainda, com o uso de expressões analíticas presentes em literatura técnica e normas nacionais ou estrangeiras, como é o caso do Eurocode 3 Part 1-8 [10]. A Figura 10 ilustra o comportamento da curva momento vs.
rotação idealizado de uma ligação: um trecho inicialmente linear seguido por trechos não-lineares.
Figura 10. Curva momento vs. rotação aproximada de uma ligação real.
2.1.2 Normas e Regulamentos
Os códigos normativos estruturais apresentam meios de se classificar ligações quanto à sua rigidez e, ainda, descrevem métodos desenvolvidos para a estimativa desse parâmetro. A atual norma brasileira ABNT NBR 8800 [11] considera que, em uma análise estrutural elástica, uma ligação viga-coluna pode ser classificada como rotulada, semirrígida ou rígida de acordo com sua rigidez inicial (Si) correspondente a dois-terços do momento resistente de cálculo da ligação (Tabela 1) [11].
12 Tabela 1. Classificação de ligações viga-coluna quanto à rigidez inicial, de acordo com ABNT
NBR 8800:2008 [11].
Rigidez inicial da ligação (Si) Classificação da Ligação
Si ≤0,5 E IV
LV Rotulada
Si ≥25 E IV LV e KV
KP ≥ 0,1 em todos os pisos Rígida Si ≥25 E IV
LV e KV
KP < 0,1 em um dos pisos Semirrígida 0,5 E IV
LV < Si <25 E IV
LV Semirrígida
Onde:
Si: rigidez inicial da ligação;
E: módulo de elasticidade do aço da viga;
IV: momento de inércia da seção transversal de uma viga no plano da estrutura;
LV: comprimento da viga conectada a ligação, medido de centro a centro de colunas;
KV: valor médio de IV⁄LV para todas as vigas do topo do andar;
IP: momento de inércia de uma coluna no plano da estrutura;
LP: altura do andar;
KP: valor médio de IP⁄LP para todas as colunas do andar.
Segundo a norma americana ANSI AISC 360-10 [12], devido ao comportamento não linear manifestado na curva momento vs. rotação, mesmo para baixos níveis de carregamento, a rigidez inicial de uma ligação não é adequada para caracterizar a resposta estrutural em condições de serviço. Além disto, muitos tipos de ligação não exibem uma rigidez inicial (Si) confiável, ou exibem somente para baixos valores da curva momento vs. rotação. Por essa razão, a AISC 360-10 indica que a rigidez secante (Ss) para a condição de serviço (Ms) deve ser considerada como a propriedade de rigidez da ligação (Figura 11).
13 Figura 11. Definição de rigidez através da resposta momento vs. rotação de uma ligação
semirrígida (adaptado de [12]).
Com base nessas condições, a norma americana classifica as ligações quanto à sua rigidez secante, de acordo com os limites apresentados na Tabela 2.
Tabela 2. Classificação de ligações viga-coluna quanto à rigidez secante, de acordo com ANSI AISC 360-10 [12].
Rigidez secante da ligação (Ss) Classificação da Ligação SS ≤2,0 E I
L Simples (sem transmissão de momento)
SS ≥20 E I L
Completamente restringida (total transmissão de momento) 2,0 E I
L < SS< 20 E I L
Parcialmente restringida (Transmissão parcial de momento)
Onde:
E I: rigidez à flexão da viga;
L: comprimento da viga.
14 Na norma europeia, Eurocode 3 Part 1-8 [10], a classificação quanto à rigidez de uma ligação é tomada pela sua rigidez inicial (Sj,ini) de acordo com a Tabela 3.
Tabela 3. Classificação de ligações viga-coluna quanto a rigidez inicial de acordo com Eurocode 3 Part 1-8 [10].
Rigidez inicial da ligação (Sj,ini) Classificação da Ligação Sj,ini ≤0,5 E IB
LB Flexível
Sj,ini ≥k𝑏 E IV LV e KB
KC ≥ 0,1 em todos os pisos Rígida KB
KC < 0,1 em um dos pisos Semirrígida 0,5 E IV
LV < Sj,ini <k𝑏 E IV
LV Semirrígida
Onde:
E: módulo de elasticidade do aço da viga;
𝑘𝑏: Igual a 8 para pórticos em que o sistema de contraventamento reduz o
deslocamento horizontal em pelo menos 80% ou igual a 25 para demais pórticos desde que em todos os pisos 𝐾𝐵⁄𝐾𝐶 < 0,1.
IB: momento de inércia da seção transversal de uma viga;
LB: vão de uma viga (entre eixos das colunas);
KB: valor médio de IB⁄LB para todas as vigas do nível acima deste andar;
IC: momento de inércia da seção transversal de uma coluna;
LC: altura de piso de uma coluna;
KC: valor médio de IC⁄LC para todas as colunas deste andar.
Tanto no caso da norma brasileira [11] como da norma europeia [10], o parâmetro para classificação da rigidez de uma ligação é sua rigidez inicial rotacional (𝑠𝑗,𝑖𝑛𝑖). No entanto, os valores obtidos através das análises experimentais foram parâmetros de rigidez rotacional do trecho linear elástico da ligação, conhecido na norma europeia [10] pelo símbolo 𝑆𝑗. De acordo com a mesma norma, para ligação viga-coluna, a razão entre a rigidez inicial rotacional da ligação e a rigidez da ligação é igual a 2.
𝑆𝑗,𝑖𝑛𝑖⁄ = 2,0 𝑆𝑗
15 A diferença entre a classificação descrita pela ABNT NBR 8800 [11] e a classificação descrita pelo Eurocode 3 Part 1-8 [10] está na consideração do limite a partir do qual a ligação pode se caracterizar como rígida. A norma brasileira não menciona outro valor limite para este caso quando existe eficiência no sistema de contraventamento adotado. Em contrapartida o Eurocode indica esta possível redução com base no parâmetro k𝑏, como descrito na Tabela 3.
Ainda no Eurocode 3 Part 1-8 , o Método das Componentes é apresentado como uma alternativa para se estimar o comportamento momento vs. rotação de uma ligação bem como sua resistência e sua capacidade de rotação.
O Método das Componentes pressupõe que uma ligação possa ser discretizada em partes menores, chamadas de componentes, representadas por elementos de mola lineares (deformação proporcional à força aplicada). Estas componentes são agrupadas (em série ou em paralelo) de forma a representarem, de forma aproximada, o comportamento da ligação em estudo.
Em seguida, através da resolução deste sistema de componentes combinados em série e/ou em paralelo, são obtidas as principais propriedades da ligação: momento resistente, a rotação máxima e rigidez inicial.
Embora desenvolvidas para aplicação genérica, as componentes apresentadas nesta norma não apresentam informações suficientes para uma possível aplicação dirigida às ligações em estudo na presente investigação, sendo essa uma justificativa adicional ao emprego da análise experimental.
Com relação a ligações viga-coluna, e tendo em vista as vantagens do uso de perfis tubulares retangulares em colunas, diversos pesquisadores realizam experimentos e análises numéricas de ligações entre vigas de seção aberta do tipo I e colunas de seção fechada do tipo tubular circular ou retangular.
Winkel [13] realizou uma série de experimentos e análises numéricas para análise da resistência estática e o comportamento multiplanar de ligações entre seções abertas tipo I como vigas e colunas tubulares circulares. A influência da consideração de colunas mistas aço-concreto e de lajes mistas e lajes metálicas também foi analisada.
Os resultados entre experimentos e modelos numéricos mostraram boa correlação e formulações foram propostas para dimensionamento de certos tipos de ligações.
16 A Figura 12 apresenta os tipos de ligação considerados nas análises experimentais do trabalho de Winkel [13].
(a) chapas multiplanares em colunas CHS carregadas axialmente;
(b) Vigas I multiplanares, sem ligação de alma, ligadas em colunas e carregadas
axialmente.
(d) Vigas I com flexão na maior inércia ligadas a colunas CHS.
(e) Vigas I com flexão na maior inércia ligadas a coluna CHS com piso metálico.
(e) Ligação aparafusada entre I com carregamento de flexão na maior inércia e perfis CHS combinada com laje mista aço concreto.
Figura 12. Tipos de ligação consideradas no trabalho experimental de Winkel [13].
Uma das dificuldades nas ligações com perfis de seção fechada está no acesso para a fixação dos parafusos. Uma das propostas é o uso de parafusos chamados Blind
17 bolts ou Hollo-bolts, embora representem um custo adicional se comparados aos parafusos tradicionais.
Lee et al. [14] propôs uma ligação entre viga I e coluna tubular retangular com uso de blind bolts na fixação da viga à coluna. O programa experimental realizado utilizou protótipos com vigas com comprimento de 15% do vão inicialmente previsto para a viga (na ocasião 6m), assumindo que este comprimento representa o trecho com momento fletor positivo da viga para uma ligação rígida. Foram realizadas diversas análises em elementos finitos com variações do coeficiente de atrito entre as superfícies de contato na área de fixação dos parafusos, a dimensão dos parafusos, a protensão adotada nos parafusos e espessuras dos perfis e chapas de ligação. Os resultados mostraram que a ligação tem potencial para ser classificada como rígida para um sistema contraventado de acordo com Eurocode 3 [10] e que o estado limite de serviço foi governado pelo início do deslizamento dos parafusos com protensão. Também foi detectado um aumento significativo na rigidez deste tipo de ligação quando comparado com ligações que utilizam a parte frontal da coluna para ligação. Ou seja, a proximidade com os cantos do perfil da coluna pode proporcionar maior rigidez à ligação.
Figura 13. Ligação proposta por Lee J. et al. – adaptado de [14].
Gong [15] realizou doze ensaios experimentais em ligações submetidas a cisalhamento em dupla cantoneira aparafusadas na alma de vigas de perfis abertos, soldadas em perfis tubulares quadrados de pequena dimensão (máximo de 102 mm de largura). O formato das componentes da ligação é apresentado na Figura 14. Nos
18 experimentos, as falhas mais comumente detectadas foram falhas por esforço cortante na seção bruta da aba externa da cantoneira (ligações tipo b) ou falha nas cantoneiras devido ao cortante do grupo de parafusos (ligações tipo a), como mostra a Figura 17.
(a) Ligações tipo a: Cantoneira com abas externas cortadas e soldadas por filete na coluna.
(b) Ligações tipo b: Cantoneiras com abas externas prolongadas soldadas na coluna por solda de penetração.
Figura 14. Ligações com emprego de cantoneiras entre coluna tubular quadrada e a alma do perfil I através de cantoneiras [15].
Affonso [16] realizou análises numéricas de ligações entre perfis tubulares retangulares e tubulares circulares como coluna e perfis I ou H como vigas a flexão no plano. Desenvolveram-se modelos de elementos finitos com consideração das não linearidades geométricas através da formulação de Lagrange Atualizado. Após análises paramétricas com variação dos parâmetros geométricos, foram traçadas curvas momento vs. rotação para classificação quanto a capacidade de rotação. Foram analisados para cada geometria adotada o modo de falha que controlou o dimensionamento da ligação.
19 Figura 15Ligação viga-coluna entre perfil tubular circular (coluna) e perfil I (viga) analisado
numericamente por Affonso [16].
No que se refere a ligações entre perfis tubulares retangulares, muitos estudos de ligações soldadas como componentes de estruturas treliçadas (com nós resistentes a flexão) foram realizados. A Figura 16 ilustra os tipos de treliça e as ligações frequentemente analisadas.
Figura 16. Ligações soldadas típicas de treliça com nós resistentes a momentos fletores e compostas por perfis de seção fechada [17].
O comportamento destas ligações já foi consolidado em norma nacional [18] e internacional [10], incluindo com formulações em função da geometria da ligação para a obtenção do momento resistente.
20 As treliças com perfis tubulares circulares ou retangulares apresentam um bom desempenho a cargas axiais em comparação a outros tipos de seção transversal.
Contudo, a ligação entre estes perfis, por ser soldada, tem a fabricação mais trabalhosa devido aos cortes das barras (ligações tipo K, N e KT mostradas na Figura 16) e ao processo de soldagem.
No entanto, não são muitos os estudos de ligações viga-coluna entre perfis de seção fechada retangular com uso de parafusos comuns. A seguir são citados trabalhos experimentais recentes desenvolvidos para o estudo de ligações similares e suas principais conclusões.
(a) Típico modo de falha 1 (b) Típico modo de falha 2
Figura 17. Típicos modos de falha obtidos por Gong [15] no ensaio das ligações da Figura 14.
No caso de ligações viga-coluna entre perfis tubulares retangulares, encontram- se na literatura os estudos de Kurobane [19] e Kumar [20], respectivamente.
Kurobane [19] descreve uma ligação similar às propostas na presente pesquisa, diferenciando-se no posicionamento das chapas de ligação. A ligação, apresentada na Figura 19, trabalha basicamente ao corte simples, ou seja, sem significativa rigidez na flexão. Quando comparadas com ligações similares (Figura 18), a mesma é vista com uma relativa rigidez à rotação devido ao posicionamento das chapas (soldadas próximas às bordas das colunas).
21 Figura 18. Ligações ao corte simples descritas por Kurobane [19] – Vistas de topo.
Uma abertura na mesa superior da viga é utilizada para a fixação com parafusos convencional. Os autores também advertem que o arranjo tem uma dificuldade durante a montagem, devido a distorções induzidas pela solda, já que após o resfriamento a contração da solda tende a deslocar as chapas.
Figura 19. Ligação a cortante simples entre perfis tubulares retangulares [19].
Kumar [20] propõe uma nova tipologia de ligação viga-coluna entre perfis tubulares retangulares. A Figura 20 mostra a ligação realizada pelas mesas da viga através de perfis tipo U aparafusados na viga e soldados de topo na coluna, pelos quais
22 são transmitidos os esforços entre as barras. Neste caso é proposta uma abertura lateral na viga para a instalação de parafusos estruturais convencionais. O comportamento da ligação foi analisado através de testes cíclicos de carga e descarga e por modelos não lineares em elementos finitos, tendo sido detectadas capacidades adequadas de ductilidade e dissipação de energia por histerese. Além disto, dois modos de falha foram observados, dependendo basicamente da altura das mesas dos perfis U: em protótipos com perfis U com mesas de 75 mm de altura, a ruptura ocorreu na seção transversal da viga (trecho com abertura), nos protótipos com perfis U com mesas de até 50 mm, a falha ocorreu na ligação entre o perfil U e a coluna, no topo da mesa.
Figura 20. Ligação viga-coluna entre perfis tubulares retangulares com uso de perfis U [20].
A partir dos resultados encontrados na literatura para ligações viga-coluna formada por tubos de seção retangular, conforme descrito sucintamente anteriormente, conclui-se que há muito pouco conhecimento disponível para essa tipologia de ligação.
Adicionalmente, considera-se que a tipologia proposta e testada por Kumar [20], não são adequadas para aplicação corrente, pois se apresenta pouco prática com dificuldades de compatibilização com lajes metálicas e/ou mistas.
23
3 Programa Experimental
Com vista à análise do comportamento das ligações propostas foi elaborado um plano de ensaios experimentais realizados no Laboratório de Estruturas e Materiais da COPPE. O objetivo principal dos ensaios foi a obtenção do comportamento momento vs. rotação das ligações, através da medição da rotação relativa entre a viga e a coluna.
Contudo, os ensaios foram planejados também para acompanhar as deformações com ajuda de extensômetros elétricos nas faces inferior e superior das vigas, bem como na coluna, e na vizinhança dos parafusos da ligação, assim como no controle da protensão aplicada nos parafusos.
A Figura 21 mostra as tipologias das ligações ensaiadas: (a) ligação tipo SA consiste em uma ligação viga-coluna com perfis tubulares retangulares (TR) com chapa de ligação escondida, passante pela coluna, e com porcas previamente ponteadas para a instalação dos parafusos em obra; (b) ligação tipo CA, consiste em uma ligação viga- coluna com perfis tubulares retangulares (TR) com chapa interna igualmente escondida mas soldada na face externa da coluna e dotada de abertura na mesa superior da viga, permitindo o aparafusamento no campo. A nomenclatura adotada para os ensaios tem o seguinte significado: “SA" sem abertura e “CA” com abertura.
(a) (b)
Figura 21. (a) Ligação tipo SA (sem abertura); (b) Ligação tipo CA (com abertura).
VIGA SA
COLUNA
CHAPA DE LIGAÇÃO
VIGA CA
COLUNA
24 Os protótipos ensaiados representam duas soluções distintas de ligação. As proposições foram desenvolvidas conjuntamente com representantes da indústria de fabricação dos perfis tubulares retangulares, assim como com fabricante de estruturas metálicas.
3.2.1 Configurações Gerais dos Protótipos
Os quatro protótipos ensaiados possuem vigas e colunas com perfis tubulares retangulares sem costura, laminados a frio e submetidos a tratamento térmico para alívio das tensões residuais, fabricados pela Vallourec & Sumitomo Tubos do Brasil e fabricados e montados pela Brafer Construções Metálicas.
Ao todo foram quatro protótipos cruciformes, iguais dois a dois, com ligações idênticas em lados opostos, de forma simétrica, conforme se observa na Figura 22. A Tabela 4 apresenta as nomenclaturas utilizadas e as características gerais dos protótipos.
Tabela 4. Protótipos ensaiados.
Protótipo Nomenclatura
dos Ensaios Tipo de Ligação1 Método de Aperto dos Parafusos
Momento Aplicado CA_1 E_CA_1.1 Com abertura (CA) Rotação da porca2 Positivo E_CA_1.2 Com abertura (CA) Rotação da porca2 Negativo CA_2 E_CA_2 Com abertura (CA) Aperto simples Negativo SA_1 E_SA_1 Sem abertura (SA) Rotação da porca2 Negativo SA_2 E_SA_2.1 Sem abertura (SA) Aperto simples Negativo E_SA_2.2 Sem abertura (SA) Rotação da porca2,3 Negativo 1. As vigas sem abertura (SA) foram usadas com chapas soldadas de topo a face da coluna, enquanto nas vigas com abertura (CA) foram utilizadas chapas passantes pela coluna, com solda de posicionamento na face das colunas.
2. Método da rotação da porca aplicado de acordo com a NBR 8800 [11][10].
3. Ensaio com medição da protensão atuante em parafusos por extensometria elétrica.
Foram adotados dois tipos de ligações: (i) com atrito e (ii) sem atrito, identificados na Tabela 11 como “Rotação da porca” ou “Aperto simples”
respectivamente. O sentido do momento aplicado indica que as vigas foram empurradas para cima ou puxadas para baixo pelos atuadores hidráulicos, respectivamente nos casos de momento positivo ou negativo.
A Figura 22 apresenta a foto de um protótipo cruciforme típico utilizado nos ensaios. Mesmo com a possibilidade de um segundo posicionamento do atuador
25 hidráulico (pares extremos de olhais para braço de alavanca de 1500mm) , em todos os ensaios realizados os atuadores foram posicionados com afastamento de 1000mm da coluna tubular quadrada (centro do olhal a centro da coluna). Esta distância foi definida com base nas distâncias entre pontos de fixação da laje de reação. A diferença entre protótipos dá-se somente na configuração das ligações.
Figura 22. Protótipo cruciforme típico utilizado nos ensaios realizados.
3.2.2 Geometria dos Protótipos e Detalhes das Ligações
Os protótipos para ensaio foram fabricados com colunas TR 175x175x12,7 e vigas TR 350x150x7,1 formadas por tubos de aço sem costura. Conforme descrito na Tabela 4, foram adotados dois tipos de ligação viga-coluna: (i) sem abertura na mesa (SA) e (ii) com abertura na mesa (CA), os quais são detalhadas a seguir.
3.2.2.1 Protótipos SA (sem abertura)
A ligação viga-coluna nomeada SA (sem abertura) é constituída por duas chapas de 12,5mm passantes por aberturas realizadas em faces opostas dos perfis colunas TQ 175x175x12,7mm. Estas chapas são soldadas por soldas de filete no contorno no contato com a coluna somente para fixação das mesmas, sendo preparadas com as furações para a ligação das vigas TR 300x175x7.1mm. Neste caso, não são realizadas aberturas nas vigas, portanto, as porcas foram ponteadas nas faces internas das chapas
Posição do Atuador Hidráulico Posição do
Atuador Hidráulico
1000 mm 1000 mm
500 mm 500 mm
Olhais de fixação do
atuador hidráulico
Olhais de fixação do
atuador hidráulico
26 de ligação (sem a presença de arruela interna), para posterior aparafusamento durante a montagem. A ligação de cada viga é constituída por 2 x 4 parafusos estruturais A325, diâmetro de 22,2mm, comprimento de 50,8mm (parafusos 7/8’’ x 2’’), conforme se observa na Figura 23.
Figura 23. Perspectiva e montagem dos protótipos SA (sem abertura nas vigas).
A Figura 24, a Figura 25 e a Figura 26 apresentam os desenhos de projeto dos protótipos SA. A Tabela 5 apresenta a lista de materiais do protótipo SA com a correlação com os desenhos pela coluna “posição”.
27 Figura 24. Projeto dos Protótipos SA – Elevação (medidas em milímetros).
Figura 25. Projeto dos Protótipos SA (medidas em milímetros).
28 Figura 26. Projeto dos Protótipos SA – Corte B-B referente a Figura 24 (medidas em
milímetros).
Tabela 5. Lista de materiais dos protótipos SA.
PROTÓTIPOS SA
POSIÇÃO NOMENCLATURA ELEMENTO
A Coluna TQ 175,00 x 12,7 VMB350
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 F Chapa de ligação CH12,50 x 200 x 250 A572G50 K Chapa de travamento CH6,30 x 50 x 107 AR350
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.
