UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
HELOÍSA MARIA BATELO
ANÁLISE EXPERIMENTAL DA CAPACIDADE RESISTENTE DE UMA
TRELIÇA METÁLICA COMPOSTA POR PERFIS FORMADOS A FRIO
Sinop - MT
2016/1
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
HELOÍSA MARIA BATELO
ANÁLISE EXPERIMENTAL DA CAPACIDADE RESISTENTE DE UMA
TRELIÇA METÁLICA COMPOSTA POR PERFIS FORMADOS A FRIO
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: M.e Maicon José Hillesheim.
Sinop
2016/1
LISTA DE EQUAÇÕES
2 2(
)
x ex E I N x xK
L
Equação 13 ... 18 2 2(
)
y ey E I N y yK
L
Equação 14 ... 18 2 2 2 1 0(
)
w ez t E C N G I z zr
K
L
Equação 15 ... 19 2 2 2 4 1 0 1 1 2 1 0(
)
(
)
(
)
ey ez ey ez eyz N N N N o N ey ez oy r
N
N
y r
Equação 16 ... 19LISTA DE FIGURAS
Figura 1–Perfis padronizados pela NBR 6355:2012 ... 13
Figura 2 - Flambagem local para a mesa comprimida ... 15
Figura 3 – Distribuição de tensões para uma placa comprimida, apoiada em seus lados ... 15
Figura 4 – Largura efetiva de um elemento sujeito à compressão ... 16
Figura 5 - Flambagem global... 19
Figura 6 - Soldas de filete em superfícies planas ... 21
Figura 7 - Soldas de filete em superfícies curvas ... 21
Figura 8 - Strain gages ... 23
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas AISI – American Iron and Steel Institute
bef – Largura efetiva
fu – Resistência de ruptura
fy – Resistência de escoamento
GRANTE – Grupo de Análise e Projeto Mecânico MLE – Método da largura efetiva
MRE – Método da resistência direta PPF – Perfil formado a frio
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Análise experimental do comportamento de uma treliça metálica
composta por perfis formados a frio.
2. Tema: Estruturas Metálicas
3. Delimitação do Tema: Estrutura de perfis formados a frio 4. Proponente: Heloísa Maria Batelo
5. Orientador: M.e Maicon José Hillesheim
6. Estabelecimento de Ensino: UNEMAT – Universidade do Estado de Mato
Grosso.
7. Público Alvo: Acadêmicos, docentes e engenheiros.
8. Localização: Avenida dos Ingás; 3001; Jardim Imperial; Sinop – MT;
78550000
SUMÁRIO
LISTA DE EQUAÇÕES ... I LISTA DE FIGURAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 8 3 JUSTIFICATIVA... 9 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11
5.1 PERFIS DE AÇO FORMADOS A FRIO ... 11
5.1.1 Tipos de aço ... 12
5.1.2 Perfis formados a frio padronizados ... 12
5.1.3 Particularidades dos perfis de aço formados a frio ... 13
5.2 PERFIS FORMADOS A FRIO SUBMETIDOS À COMPRESSÃO ... 14
5.3 FLAMBAGEM LOCAL ... 14
5.4 MÉTODO DA LARGURA EFETIVA ... 15
5.5 MÉTODO DA RESISTÊNCIA DIRETA ... 17
5.6 FLAMBAGEM GLOBAL POR FLEXÃO ... 18
5.7 FLAMBAGEM GLOBAL POR TORÇÃO OU FLEXO-TORÇÃO ... 19
5.8 LIGAÇÕES ... 20
5.8.1 Ligações soldadas... 20
5.8.2 Ligações parafusadas ... 21
5.9 EXTENSÔMETRO ELÉTRICO ... 22
5.9.1 Extensômetros elétricos de resistência (straingage) ... 22
5.9.2 Medição das deformações ... 23
6 METODOLOGIA ... 25
6.1 PESQUISA TEÓRICA ... 25
6.2 TESTE EXPERIMENTAL ... 25
7 CRONOGRAMA ... 27
1 INTRODUÇÃO
Conforme Oliveira (2008), a utilização dos perfis formados a frio na construção civil teve início na Inglaterra e nos Estados Unidos por volta de 1850. Já no Brasil, somente quando algumas empresas adquiriram equipamentos específicos para a execução do dobramento a frio, no final da década de 1960, que esse elemento estrutural passou a ser utilizado.
Segundo Matos apud Rizzo (2013), no cenário mundial, em 2010, as construções metálicas representaram 5% de todas as construções e em 2012 essa porcentagem se elevou para 14%. Do ano de 2010 para o ano de 2011 o consumo de aço subiu 7,3%, sendo que galpões industriais são de 70% a 80% construídos em aço.
Conforme Javaroni (2015), esse aumento da utilização de estruturas metálicas, especialmente os perfis de chapa dobrada, se dá por diversos fatores. Há uma grande variedade de seções transversais e os perfis apresentam uma boa relação massa/resistência. Além disso, são mais rápidos de serem fabricados, mais econômicos e mais leves, o que facilita o transporte, reduz-se o tempo da obra e o peso final é menor comparando-se com o concreto ou a madeira.
Segundo Barbosa e Cunha (2013), os perfis formados a frio – PFF são comumente utilizados em estruturas treliçadas em projetos de pequenas e médias construções como pilares, vigas e tesouras. Estas estruturas são bastante utilizadas em situações onde se deseja uma estrutura leve, porém com elevada resistência.
Como o próprio nome sugere, os PFF são elementos estruturais obtidos por meio de algum processo de conformação à temperatura ambiente, seja por dobramento em uma dobradeira, ou por perfilagem. De acordo com Javaroni (1999), para que ocorra com mais facilidade o dobramento, são utilizadas chapas finas, o que resulta em certas particularidades que devem ser consideradas no cálculo estrutural. Como as chapas possuem uma espessura pequena tem-se uma elevada relação largura/espessura, isto é, uma elevada esbeltez, por isso, quando uma estrutura formada por PFF é submetida a um carregamento, ela pode estar sujeita à instabilidades e deformações que podem até ocasionar o colapso da peça.
No projeto de pesquisa aqui proposto será realizado um ensaio experimental, onde uma treliça metálica composta por perfis formados a frio será submetida a uma carga concentrada. O objetivo principal do estudo será analisar e compreender o
comportamento do conjunto de barras que compõe a treliça. Em especial, será analisado o progresso das deformações na peça com o aumento do carregamento.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Segundo Leal (2011), a busca por estruturas mais leves e mais econômicas, juntamente com o desenvolvimento de tecnologias que permitem a produção de aços mais resistentes e com melhores propriedades mecânicas, como, por exemplo, resistência a tração, ductilidade e dureza; tem favorecido o uso dos perfis formados a frio em diversos tipos de estruturas, uma vez que eles possuem várias vantagens construtivas e econômicas.
Historicamente os PFF começaram a ser utilizados antes mesmo do desenvolvimento de pesquisas sobre o comportamento estrutural dos mesmos, e até nos dias atuais há uma carência de estudos experimentais relacionados ao desempenho destes perfis atuando em conjunto para determinar a capacidade resistente de uma estrutura, assim como suas deformações, deslocamentos e instabilidades.
Para que se possa realizar o dobramento a frio dos perfis, em geral são utilizadas chapas de aço finas, que geram uma elevada esbeltez no elemento. Quando submetido a uma carga, essa elevada esbeltez exerce grande influência no perfil, podendo ocasionar modos de instabilidade. Segundo Schafer apud Leal (2011) estes problemas de instabilidade podem ocasionar o fim da capacidade resistente de um elemento mesmo apresentando valores de tensões inferiores à resistência ao escoamento do material.
Além dos problemas com instabilidade, devido à carga surgirão deformações nos perfis, assim como deslocamentos da estrutura, que também irão contribuir para a diminuição da capacidade resistente da peça. Assim sendo, chega-se aos seguintes questionamentos: Qual o comportamento das deformações na treliça ao se aplicar progressivamente a carga? Qual a influência das excentricidades na região das ligações sobre as deformações? A desconsideração de momentos na idealização de uma treliça acarreta erros elevados no cálculo estrutural?
3 JUSTIFICATIVA
Como exposto anteriormente, a utilização dos PFF como elementos estruturais tem se difundido cada vez mais na área da construção civil. Estruturas treliçadas utilizando esses perfis são bastante requeridos atualmente para serem usadas em barracões, edifícios de pequeno porte, casas e outros tipos de construções. No entanto, mesmo com as inúmeras pesquisas que existem nos dias atuais, ainda há muitas dúvidas sobre o comportamento destes perfis quando inseridos na estrutura como um todo, em especial, as deformações, os modos de instabilidade e os efeitos destes fenômenos na resistência dos PFF.
Quando os perfis trabalham em conjunto, que é o que ocorre em uma viga treliçada, alvo de estudo neste projeto de pesquisa, a situação fica mais complexa, pois o comportamento da treliça quando submetida a uma carga não depende de um perfil isolado, mas sim da interação de vários perfis e da ligação entre eles.
A quantidade de pesquisas experimentais voltadas para o estudo do comportamento de estruturas treliçadas compostas por perfis formados a frio é pequena. Dessa forma há a necessidade de se realizar pesquisas mais aprofundadas para um melhor entendimento do seu comportamento estrutural e, com isso, proporcionar uma melhoria dos estudos já existentes.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Verificar a capacidade resistente de uma viga treliçada de aço composta por perfis formados a frio submetida a uma carga concentrada.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar o progresso das deformações em relação à aplicação das cargas nos nós e eventualmente ao longo das barras.
Avaliar a influência da ligação na capacidade resistente da viga. Verificar os deslocamentos na treliça.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 PERFIS DE AÇO FORMADOS A FRIO
Segundo Oliveira (2008), a utilização dos perfis formados a frio na construção civil teve início na Inglaterra e nos Estados Unidos por volta de 1850. Neste período, como não existia uma regulamentação para o uso dos PFF, a utilização destes perfis se dava por meio de empirismos e experiências adquiridas na época. Já no Brasil, somente quando algumas empresas adquiram equipamentos específicos para a execução do dobramento a frio, no final da década de 1960, que esse elemento estrutural passou a ser utilizado.
Conforme Castelani (2012), devido à necessidade de se conhecer melhor o comportamento de perfis formado a frio a American Iron and Steel Institute – AISI criou um grupo de pesquisa destinado a estudar os modos de instabilidade por flexão, torção e flexo-torção. Este foi o estudo que deu origem as primeiras especificações técnicas para o uso dos PFF. No Brasil, em 1960, quando os perfis começaram a ser utilizados ainda não existia uma norma vigente, por isso, engenheiros utilizavam a norma norte-americana (AISI). Somente em 2001 foi criada uma norma brasileira, a NBR 14762:2001 - Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídas por Perfis Formados a frio - Procedimento.
De acordo com Javaroni (2015), os perfis de aço formados a frio ou perfis de chapa dobrada, alcançaram um lugar de destaque entre as estruturas metálicas. Isso ocorreu devido à grande variedade de formas de seções transversais e da boa relação massa/resistência que os perfis apresentam. Esse elemento estrutural é cada vez mais viável para o uso na construção civil, em função da rapidez na execução de obras e da economia, duas condições que atualmente são bastante exigidas pelo mercado.
Os PFF são usados principalmente em obras de porte pequeno, onde há vãos menores e carregamentos de pequena intensidade, como, por exemplo, galpões de pequeno e médio porte, residências, coberturas, mezaninos e edifícios pequenos. Além disso, esses perfis por serem constituídos de chapas finas, são fabricados com mais rapidez e facilidade. Outra característica é a leveza, que facilita o manuseio e o transporte.
Os perfis de aço formados a frio possuem certas particularidades, por isso, para dimensioná-los corretamente é necessário conhecer a fundo seu
comportamento estrutural. De acordo com Javaroni (2015), o dobramento a frio das chapas altera as características mecânicas do aço, ocasionando um acréscimo na tensão limite de escoamento e na de resistência à tração, resultando na redução da ductilidade do material e o aparecimento de tensões residuais.
Segundo Silva, Pierin e Silva (2014), como as chapas utilizadas são de pequena espessura, há uma elevada relação largura/espessura (esbeltez), por isso, os perfis podem estar sujeitos à instabilidades ou deformações excessivas, que podem representar o fim da capacidade resistente da barra.
5.1.1 Tipos de aço
De acordo com a NBR 14762 (ABNT, 2010) os aços recomendados para receber o trabalho de dobramento a frio devem possuir qualificação estrutural e propriedades mecânicas adequadas. É indicado que eles apresentem a relação entre a resistência à ruptura e a resistência ao escoamento fu/fy maior ou igual a
1,08. No projeto os valores para resistência ao escoamento (fy) não devem ser
superiores a 180 MPa e os valores para resistência à ruptura (fu) não devem ser
superiores a 300 MPa.
5.1.2 Perfis formados a frio padronizados
A norma responsável pela padronização dos perfis formados a frio é a NBR 6355 (ABNT, 2012). Esta norma apresenta uma série de perfis que são comercializados e estabelece os requisitos solicitados pelos mesmos, como tolerâncias dimensionais, aspectos superficiais, acondicionamento, etc.
A Figura 1 mostra os tipos de perfis e nomenclatura dos elementos apresentados pela NBR 6355 (ABNT, 2012).
Figura 1–Perfis padronizados pela NBR 6355:2012 Fonte: (ABNT, 2012)
5.1.3 Particularidades dos perfis de aço formados a frio
Os elementos de uma peça metálica ao serem submetidos a uma carga podem tracionar, comprimir ou podem estar sujeitos a flexão (tração e compressão).
Segundo Javaroni (2015), para os elementos tracionados, aplicam-se dois estados limites últimos: o de escoamento da seção transversal bruta do perfil ou a ruptura da seção transversal efetiva.
De acordo com Javaroni e Golçalves (2002), para os elementos comprimidos ocorre a ruptura por escoamento ou, o que é mais comum, ocorre a falha por perda de estabilidade local ou global, também conhecido como flambagem. A flambagem global caracteriza o comportamento da barra e é influenciada pelas características geométricas da seção transversal e pelos tipos de vinculação. Pode ocorrer por flexão, por torção ou por uma combinação de flexão e torção. A flambagem local
caracteriza o comportamento da chapa e é ocasionada pela elevada relação largura/espessura, ou seja, pela elevada esbeltez do elemento.
Para Javaroni (2015), as barras submetidas a flexão recebem forças perpendiculares ao seu eixo, ocasionando momentos fletores e forças cortantes. A seção transversal é, primeiramente, determinada pela resistência ao momento fletor e em seguida é verificada a resistência à força cortante. Para os momentos fletores são calculados os seguintes estados limites: escoamento de uma fibra extrema da seção transversal, flambagem lateral com torção ou flambagem local da mesa e/ou da alma.
5.2 PERFIS FORMADOS A FRIO SUBMETIDOS À COMPRESSÃO
Conforme Leal (2011), os perfis de aço formados a frio são compostos por chapas finas, o que permite aumentar a inércia da seção através de sua forma e reduzir a massa da estrutura. Entretanto, quando as barras são submetidas à compressão, seu comportamento estrutural pode ser significativamente modificado, uma vez que podem ocorrer instabilidades das chapas que compõem o perfil e instabilidades relacionadas a torção da barra.
Segundo Yu apud Leal (2011), a ocorrência dos modos de instabilidade depende das características geométricas do perfil, como a forma da seção transversal, esbeltez global, esbeltez local, as imperfeições geométricas, propriedades do material, excentricidades de carregamento e tipos de ligação.
5.3 FLAMBAGEM LOCAL
Para Leal (2011), a flambagem local ocorre quando há a perda de estabilidade de uma ou mais chapas que compõem um perfil quando submetido à compressão, o que resulta em ondulações ao longo de seu comprimento. Diferentemente dos modos de instabilidade globais, a flambagem local não resulta no colapso da chapa, pois ocorre uma redistribuição de tensões para as bordas que são mais enrijecidas que o restante da peça.
Figura 2 - Flambagem local para a mesa comprimida Fonte: (CASTELANI, 2012)
5.4 MÉTODO DA LARGURA EFETIVA - MLE
O conceito de largura efetiva, aplicado aos perfis de aço formados a frio, foi desenvolvido pelo professor George Winter na Universidade de Cornell na década de 1940 e até hoje é utilizado na determinação da resistência desses perfis.
Conforme Javaroni (1999), as chapas não atingem o colapso quando a tensão de flambagem é alcançada. Os acréscimos de tensão são suportados, pois ocorre uma redistribuição para as bordas apoiadas das chapas, que possuem grande rigidez proporcionada pelo apoio. Este fenômeno é chamado de resistência pós-flambagem. A ruína da chapa só ocorrerá quando as tensões nas bordas atingirem o valor de fy.
Figura 3 – Distribuição de tensões para uma placa comprimida, apoiada em seus lados Fonte: (JAVARONI, 1999)
Como demonstra a Figura 3, a distribuição de tensões é uniforme sobre toda a largura até proximidade da flambagem. Depois de ocorrida a flambagem na região central, ocorre a distribuição de tensões para as bordas apoiadas da chapa. Esse
processo acorre até que a tensão máxima seja igual a tensão de escoamento do aço, isto é, f3 = fy.
Para Silva, Pierin e Silva (2014) o conceito das larguras efetivas consiste em substituir o diagrama da distribuição das tensões, que não é uniforme, por um diagrama uniforme. Então, em 1939 surgiu conceito de larguras efetivas - “bef”, onde
admite-se que a distribuição de tensões seja uniforme ao longo de bef, com valor
igual às tensões nas bordas, conforme mostra a figura abaixo:
Figura 4 – Largura efetiva de um elemento sujeito à compressão Fonte: (JAVARONI, 1999)
Para a verificação dos PFF, o método da largura efetiva é o procedimento de cálculo recomendado pela norma atual (NBR14762:2010). Portanto para se calcular a flambagem local, global e distorcional de peças comprimidas e fletidas, é necessário se determinar a largura efetiva dos vários elementos que compõem um perfil.
Segundo Grigoletti (2015), o método da largura efetiva – MLE é aproximado, pois cada elemento que compõe a seção transversal é analisado de maneira isolada, entretanto também se leva em conta as outras chapas componentes do perfil. O cálculo da largura efetiva consiste, basicamente, em diminuir as larguras dos elementos de um perfil que estão submetidos à tensões de compressão para se obter novas larguras (larguras efetivas) e se calcular as novas propriedades geométricas da seção transversal. Essas novas propriedades geométricas serão utilizadas no dimensionamento.
Ainda segundo Grigoletti (2015), esse método, apesar de consagrado e ser o mais utilizado, apresenta algumas desvantagens:
O cálculo da seção efetiva é trabalhoso, principalmente quando a seção é formada por vários elementos e enrijecedores;
Há a dificuldade de se incluir no cálculo o modo de flambagem distorcional
5.5 MÉTODO DA RESISTÊNCIA DIRETA - MRD
Como o MLE apresenta certos problemas no cálculo, em 1998 foi desenvolvido o Método da Resistência Direta – MRD para o dimensionamento de perfis formados a frio.
“O MRD consiste, basicamente, em utilizar curvas de resistência ajustadas experimentalmente para calcular as forças de colapso, a partir da força de flambagem elástica de todo perfil, e não do elemento isolado”. (GRIGOLETTI, 2015).
Segundo Castelani (2012) e Grigoletti (2015), o MRD apresenta as seguintes vantagens em relação ao MLE:
A análise é feita em relação às propriedades geométricas da seção bruta, sendo assim, não é necessário o cálculo das propriedades da seção efetiva; É um procedimento mais flexível e abrangente;
Inclusão do modo de flambagem distorcional, o que contribui para um melhor entendimento dos modos de instabilidade;
Integra métodos numéricos em um único procedimento; Não são necessários cálculos iterativos;
Os cálculos não precisam ser feitos para cada elemento isoladamente; É aplicável a mais tipos de seções transversais, com diferentes formas; Permite a otimização de seções transversais.
Segundo Santos (2007), para se utilizar o MRD é necessário determinar as forças críticas de flambagem elástica local e distorcional do perfil como um todo, para então aplicar esta informação juntamente com uma série de curvas de resistência e, por fim, determinar a resistência última do perfil.
Para Castelani (2012) o MRD apesar de ser um método novo apresenta as seguintes desvantagens:
Pode ser utilizado somente em perfis formados a frio submetidos à compressão e à momentos fletores;
Não considera furos, rasgos, chanfros e outras variações nos perfis; Não considera o encurtamento nas dobras dos perfis
5.6 FLAMBAGEM GLOBAL POR FLEXÃO
Segundo Leal (2011), a instabilidade global por flexão ocorre quando há flexão em torno de um dos eixos principais de inércia devido a um esforço de compressão maior que o crítico. O que caracteriza a flambagem global por flexão é o movimento de corpo da seção transversal devido ao deslocamento transversal do eixo da barra, sendo que esta sofre uma curvatura
A Equação 13 e Equação 14 descritas abaixo, representam as forças axiais de flambagem global por flexão em torno dos eixos x e y:
2 2
(
)
x ex E I N x xK
L
Equação 1 2 2(
)
y ey E I N y yK
L
Equação 2 Onde: exN = força normal de flambagem elástica por flexão em relação ao eixo x;
ey
N = força normal de flambagem elástica por flexão em relação ao eixo y; x
I = momento de inércia em relação ao eixo x;
y
I = momento de inércia em relação ao eixo y;
x x
K
L
= comprimento efetivo de flambagem em relação ao eixo x;y y
K
L
= comprimento efetivo de flambagem em relação ao eixo y; E = módulo de elasticidade longitudinal.5.7 FLAMBAGEM GLOBAL POR TORÇÃO OU FLEXO-TORÇÃO
“A instabilidade global por torção é caracterizada pela rotação da seção transversal em torno do seu eixo de torção sem sofrer deformações no plano da mesma”. (LEAL, 2011).
Segundo Silva, Pierin e Silva (2014), em barras com seção monossimétrica o centróide não coincide com o centro de torção, tornando-as mais propensas à ocorrência da flambagem global por flexo-torção quando são submetidas a uma força de compressão em seu centro de gravidade.
Os modos de flambagem global por flexão e flambagem global por flexo-torção estão representados na Figura 5
Figura 5 - Flambagem global Fonte: (CASTELANI, 2012)
Através da Equação 15 e da Equação 16 é possível calcular a força normal de flambagem por torção e flambagem por flexo-torção de uma barra com seção monossimétrica: 2 2 2 1 0
(
)
w ez t E C N G I z zr
K
L
Equação 3 2 2 2 4 1 0 1 1 2 1 0(
)
(
)
(
)
ey ez ey ez eyz N N N N o N ey ez oy r
N
N
y r
Equação 4 Onde: ezeyz
N = força axial de flambagem global elástica por flexo-torção;
E= módulo de elasticidade longitudinal;
0
r
= raio de giração polar da seção bruta em relação ao centro de torção;0
y
= distância do centro de torção ao centróide, na direção do eixo x;z z
K
L
= comprimento efetivo de flambagem em relação ao eixo z; wC = momento de inércia ao empenamento da seção transversal;
G = módulo de elasticidade transversal;
t
I = momento de inércia à torção uniforme.
5.8 LIGAÇÕES
De acordo com Silva (2006), as ligações entre os perfis de aço formados a frio podem ser soldadas ou parafusadas e, muitas vezes, podem ser feitas no local da obra. A mais usual é a ligação soldada, onde uma solda é empregada para a união dos perfis. Entretanto, apesar da eficiência, este tipo de ligação está sujeita à execuções de baixa confiabilidade. Já as ligações parafusadas além de apresentarem uma qualidade melhor, são mais rápidas de serem realizadas.
Segundo Almeida (2014), as ligações entre os PFF podem ser classificadas de acordo com sua rigidez e de acordo com sua resistência. Quando classificadas pelas rigidez podem ser: rígidas, flexíveis e semi-rígidas. Uma ligação pode ser considerada rígida quando pode ser mantido constante o ângulo entre os elementos ligados. Uma ligação é considerada flexível quando permite a rotação entre as peças, e uma ligação é semi-rígida quando possui um comportamento intermediário.
5.8.1 Ligações soldadas
Segundo Alves (2014), as ligações soldadas podem ser do tipo: solda de filete em superfícies planas, como pode ser observado na Figura 6 e solda de filete em superfícies curvas, representada na Figura 7. Para ambas, a força resistente de cálculo deve ser calculada para a solicitação paralela ao eixo da solda, para a solicitação normal ao eixo da solda e para o estado limite último de ruptura da solda.
Figura 6 - Soldas de filete em superfícies planas Fonte: (ALVES, 2014)
Figura 7 - Soldas de filete em superfícies curvas Fonte: (ALVES, 2014)
5.8.2 Ligações parafusadas
Para Alves (2014), a força resistente de cálculo para ligações parafusadas deve ser calculada para o rasgamento e para o esmagamento considerando a deformação do furo e sem considerar a deformação do furo.
Para ligações com furos auto-atarraxantes, a força resistente de cálculo deve ser calculada para o esmagamento e inclinação do parafuso, para o arrancamento do parafuso e para o rasgamento do metal-base.
5.9 EXTENSÔMETRO ELÉTRICO
Segundo Andolfato, Camacho e Brito (2004), os extensômetros elétricos são medidores de deformações que transformam pequenas variações nas dimensões de um elemento em variações equivalentes em resistência elétrica. Ainda que outros métodos para verificação das deformações tenham sido desenvolvidos, os extensômetros são os mais utilizados, pois oferecem uma grande precisão nas medições, proporcionam uma facilidade de manipulação e possuem uma capacidade de monitorar deformações até cargas de ruptura.
Para Weber (2008), as vantagens das medições com extensômetros são:
Alta precisão nas medições; Tamanho e massa reduzidos; Fácil utilização;
Aplicáveis submersos em água;
Medições possíveis em uma ampla faixa de temperatura.
Os extensômetro elétricos dividem-se em três grupos: os extensômetros elétricos de indução; extensômetros de semicondutores e extensômetros de resistência elétrica (straingage).
5.9.1 Extensômetros de resistência de elétrica (straingage)
Conforme Valido e Duarte (1997), o funcionamento de um extensômetro elétrico baseia-se numa característica dos condutores elétricos que diz que a resistência elétrica varia em função da deformação a que o condutor está sujeito.
Como mostra a Figura 8 existem dois tipos de straingages: o wiregage (extensômetro de fio) e o foilgage (extensômetro de lâmina)
Figura 8 - Straingages
Fonte: (ANDOLFATO, CAMACHO E BRITO, 2004)
Um extensômetro de fio é constituído basicamente por um fio fino colado sobre uma folha também fina que serve como suporte do extensômetro. Segundo Valido e Duarte (1997) quando se quer conhecer a variação de comprimento (deformação) de uma estrutura em uma direção, deve-se colar o extensômetro com os fios paralelos a direção desejada. A transmissão da deformação de uma estrutura aos fios se dá através da cola e do material de suporte do aparelho.
De acordo com Andolfato, Camacho e Brito (2004), os extensômetros de lâmina, de modo geral, têm o funcionamento idêntico a um extensômetro de fio. A diferença está no material utilizado. No foilgage usa-se uma lâmina fina de uma liga resistiva como suporte do aparelho. A vantagem sobre os extensômetros de fio é que eles possuem uma maior área de colagem, diminuindo, assim, a tensão no adesivo. Outra vantagem é o da dissipação térmica, o que possibilita circuitos mais sensíveis.
5.9.2 Medição das deformações
Segundo o Grupo de Análise e Projeto Mecânico - GRANTE (2004), para se realizar a leitura das deformações medidas por um extensômetro, é necessário a utilização de um conjunto de aparelhos que transformam a deformação em informações possíveis de serem lidas. Como as deformações são pequenas, as variações no sinal também são, por isso não podem ser identificadas diretamente.
Ainda conforme GRANTE (2004), para a análise de deformações são utilizados sensores de deformação e um extensômetro. Este, por sua vez, é montado em um circuito elétrico, chamado de ponte de Wheatstone. Ao ocorrer uma deformação, acontece uma variação da resistência elétrica que provoca um
desequilíbrio na ponte. Esta ao se reequilibrar provoca uma variação de tensão de saída. Essa variação passa por um amplificador e em uma placa de aquisição de dados. E, por fim, esses dados podem ser processados e transformados em uma grandeza especificada pelo usuário.
6 METODOLOGIA
Os estudos realizados para a efetuação do presente trabalho científico se dividirão em duas partes: primeiramente a pesquisa teórica e posteriormente a execução do teste experimental.
6.1 PESQUISA TEÓRICA
Inicialmente será realizada um revisão bibliográfica onde serão recolhidos materiais com informações publicadas em meios técnico-científicos sobre treliças metálicas compostas por perfis formados a frio, ou com outros assuntos pertinentes, de forma que o trabalho aqui proposto possa ser embasado por estes estudos já realizados sobre o tema e posteriormente possa oferecer uma continuidade à pesquisa. Para isso serão consultados artigos científicos, livros e normas técnicas que oferecerão toda a fundamentação teórica, processos e métodos necessários para a realização do teste.
6.2 TESTE EXPERIMENTAL
Para a execução do ensaio primeiramente será feito o dimensionamento da treliça. O método adotado para cálculo dos modos de instabilidade será o Método da Largura Efetiva, que é o recomendado pela norma atual (NBR 14762:2010). Por meios de programas computacionais serão verificados os deslocamentos da estrutura para posteriormente se realizar um comparativo com o deslocamento real da treliça. Depois de dimensionada, será construída a treliça metálica composta por perfis formados a frio. Nos banzos superior e inferior serão utilizados perfis do tipo “U” e nas diagonais e montantes serão utilizados perfis do tipo “L” duplo, as ligações serão do tipo soldadas.
A treliça será apoiada em uma fundação já existente no local onde será realizado o teste. Uma estrutura auxiliar será construída com o intuito de promover um travamento e evitar o tombamento da treliça, assim como evitar que a flambagem rompa a viga metálica antes mesmo serem aplicados carregamentos elevados. Em seguida uma carga concentrada será aplicada no banzo inferior por meio de um macaco hidráulico posicionado no centro da peça.
Com a aplicação da força será analisado o comportamento da estrutura. Serão verificadas suas deformações e se ocorrerá a plastificação nas ligações.
Para medir as deformações decorrentes da aplicação da carga, serão instalados extensômetros elétricos em pontos onde se é pertinente a análise. Intencionalmente serão deixados espaços na ligação de algumas diagonais com o banzo inferior para que seja gerada uma excentricidade, pois normalmente essa é uma situação que ocorre em uma estrutura real. Nestes pontos serão instalados extensômetros ou, se possível rosetas hidráulicas para se verificar qual a influência dessa excentricidade na resistência da treliça. Extensômetros também serão colocados na região dos apoios, no banzo superior e em barras onde ocorrerão as situações mais críticas.
A carga será aplicada gradativamente, de modo que ao se aplicar uma força será feita uma leitura das deformações que a treliça sofrerá e assim sucessivamente até o rompimento da estrutura.
Com os resultados obtidos serão feitos gráficos de força x deformação, que mostrarão o comportamento das deformações conforme a carga aplicada.
A representação da treliça pode ser observada na Figura 9.
Figura 9 - Representação da treliça e no detalhe excentricidadade Fonte: Acervo particular, 2016
7 CRONOGRAMA
Jan -16 Fev -16 Mar -16 Abr -16 Mai -16 Jun -16 Jul -16 Ag o -16 Se t-16 Ou t-16 N o v-16 Dez -16 Jan -17 Fev -17 Mar -17 Abr -17 Mai -17 Jun -17 Escolha do tema e do orientador Encontros com o orientador Pesquisa bibliográfica preliminar Leituras e elaboração de resumos Elaboração do projeto Entrega do projeto de pesquisa Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados complementares Redação do Artigo Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca8 BIBLIOGRAFIA
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