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Anlise do comportamento do bloco de coroamento na ligao comestacas metlicas atravs de chapas

Analysis of pile cap behavior in the linkage with metalic piles through steel plates

Ronaldo Burgos Filho (1), Romilde Almeida de Oliveira (2)

(1) Mestrando, Programa Psgradua!"o em #ngenharia $ivil, %&'$AP() Professor itular, $entro de $i*ncias e ecnologia, $urso de #ngenharia $ivil, %&'$AP

+ua $aio Pereira, , $#P -./1.1., +ecife, P#

Resumo

Atualmente no Brasil a utilizao de perfis metli!os em funda"es profundas vem aumentando!onsideravelmente# A produo padronizada de a!ordo !om normas espe!$fi!as re!entes teminflu%n!ia direta nessa mudana de !enrio, visto &ue o uso de perfis metli!os apresenta algumasvantagens &uando !omparado !om outros tipos de esta!as para !ertas !ara!ter$sti!as de su'solo# ABR 122*2+1+ -ro.eto e /0e!uo de Funda"es re!omenda &ue o engenheiro estrutural se.aresponsvel pelo estudo, detalhamento e es!olha do sistema de transfer%n!ia dos esforos do 'lo!ode !oroamento para as esta!as metli!as# O tipo de ligao pode ser atravs de !hapas, fretagem ouatravs de vergalh"es soldados !om a finalidade de efetuar transfer%n!ia de esforos por ader%n!ia#A modelo de 'ielas e tirantes pode ser utilizada para o dimensionamento do 'lo!o so're esta!as#Admitese &ue a !arga re!e'ida pelo 'lo!o, originria do pilar transmitida internamente at asesta!as, por elementos de !on!reto !omprimidos delimitados pelos !aminhos das tens"es prin!ipais

de !ompresso# evando em !onta &ue a seo transversal de um perfil metli!o possui pe&uenarea &uando !omparado !om os demais tipos de esta!as a soluo de ligao !om !hapa pode!ompensar esse menor valor de rea aumentando o !ontato entre o material metli!o e o !on!reto do'lo!o# 3om o o'.etivo de analisar o !omportamento dessa ligao, foi modelado atravs deelementos finitos, um 'lo!o so're &uatro esta!as metli!as !om ligao atravs de !hapas# Osresultados o'tidos mostraram a via'ilidade deste tipo de ligao esta!a'lo!o e sua !ompati'ilizao!om o modelo de 'ielas e tirantes utilizados no dimensionamento de 'lo!os de !oroamento#

Palavras-chave: fundao, perfil metlico, chapa metlica, aderncia.

Abstract

3urrentl4 in Brazil the use of metal profiles in deep foundations is in!reasing !onsidera'l4# 5hestandardized produ!tion a!!ording to re!ent spe!ifi! rules has a dire!t influen!e on this !hange

s!enario, sin!e the use of metal profiles has some advantages 6hen !ompared to other t4pes of!uttings for !ertain su'surfa!e features# 5he BR 122* 2+1+ 7esign and 8mplementation ofFoundations re!ommends that the stru!tural engineer is responsi'le for the stud4, detailing and !hoi!eof transfer s4stem of pile !ap efforts to metal piles# 5he t4pe of 'ond ma4 'e a sheet, or '4 haulagerods 6elded in order to ma9e efforts for adhesion transfer# 5he strut and tie model !an 'e used forsizing the pile !ap on 6hi!h admits the load re!eived '4 'lo!9 originating internall4 of the pillar istransmitted to the piles '4 !ompressed !on!rete elements delimited '4 the paths of the prin!ipalstresses !ompression# 5a9ing into a!!ount that the !ross se!tion of a metal profile has small area6hen !ompared to the other t4pes of !uttings 'inding solution 6ith plate !an !ompensate for this lo6erarea of value in!reasing !onta!t 'et6een the metal material and the !on!rete 'lo!9# 8n order toanal4ze the 'ehavior of this 'ond, 6as modeled using finite elements, a 'lo!9 of four metal piles!onne!ted '4 plates# 5he results sho6ed the feasi'ilit4 of this t4pe of pile'lo!9 !onne!tion and is!ompati'le 6ith the strut and tie model used in the design of pile !ap#

Keywords: foundation, steel profile, sheet metal grip, ond.

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1 Introduo

1#1 /sta!as :etli!as

; pou!o mais de uma d!ada surgiu uma nova t!ni!a ligada ao uso de esta!asmetli!as em funda"es de seo varivel !om a profundidade# em relao ?s esta!as de seo e&uivalentes!ompostas de perfis metli!os, a seo da esta!a do trilho (utilizada para o !l!uloda resist%n!ia) dever ser !onsiderada a menor e0istente ao longo do seu

!omprimento e se tratando de trilhos usados dever ser !al!ulado mais um fatorredutor de resist%n!ia (3O:-A;8A nos !ustos da e0e!uo dainfraestrutura &uando !omparado !om o uso de esta!as de seo !onstante(H

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linear das regi"es a!ima das esta!as levando em !onta todas poss$veis!om'ina"es de !arregamentos e seus efeitos no lineares (

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modelos em estudo apresentaram 'oas apro0ima"es !om a teoria de 'ielas etirantes#

a figura 2 verifi!amse !omportamentos diferen!iados das distri'ui"es dastens"es de !ompresso, de!orrentes das diferenas nas dimens"es dos pilares#3onstatouse &ue os 'lo!os &ue suportam pilares de maior seo transversalapresentam maior !apa!idade portante &uando !omparados aos 'lo!os !onstitu$dosde pilares !om menores se"es transversais (7/A8B/RA, 2++)#

Figura 2 M 5enso prin!ipal de !ompresso, modelos (a) BN=-2=/2=e+A

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A figura N es'oa alguns !asos em &ue a fissurao pode !omprometer a resist%n!iado 'lo!o#

Figura N M Regi"es de presso lo!alizada# Fonte* BR11D*2+1C

2 Justificativas

A es!olha do tipo de ligao entre as esta!as metli!as e o 'lo!o se d entre os tr%stipos !itados no item 1#N e suas es!olhas so 'aseados na grande maioria dos!asos em funo de !ritrios de fa!ilidade da e0e!uo# A !omple0idade entre ostipos de 'lo!os em funo do nJmero de esta!as, a diverg%n!ia entre os mtodosutilizados no dimensionamento e a !on!entrao das tens"es nas regi"es de ligaodo 'lo!o !om o pilar e as esta!as metli!as .ustifi!am a anlise do !omportamentodos elementos de ligao#

As !hapas de ligao t%m funo de aumentar a rea de !ontato entre o !on!reto e

a esta!a metli!a efetuando uma distri'uio de tens"es mais ade&uada nessasregi"es !r$ti!as# A es!assez de informa"es so're esse tema na literatura t!ni!aenfatiza a importn!ia deste estudo#

3 odelagem

Realizouse a modelagem de um 'lo!o de !oroamento em !on!reto armado apoiadoso're &uatro esta!as de ao engastadas na 'ase# a regio de transio foiutilizado o elemento de ligao do tipo !hapa metli!a# Htilizouse soft6are 'aseadono mtodo dos elementos finitos no &ual foi !onsiderada a no linearidade f$si!apara a anlise da estrutura# As armaduras se!undrias foram determinadas

!onforme prti!as adotadas !onven!ionalmente em pro.etos estruturais#

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N#1 7imens"es dos elementos sGlidos e !ara!ter$sti!as do !on!reto

O 'lo!o de !oroamento, !om as dimens"es, de 2++ !m 0 2++ !m 0 D+ !m de a!ordo!om a figura foi modelado atravs de elementos finitos sGlidos# As dimens"es daseo transversal do pilar foram =+ !m 0 =+ !m#

-ara o !on!reto foi esta'ele!ido a resist%n!ia !ara!ter$sti!a a !ompresso de N+:-a !om mGdulo de elasti!idade de /Q2+P+ :-a e peso espe!$fi!o de 2,= tf porm# As malhas de elementos finitos dis!retizadas atravs de !u'os !om arestas de=,+ !m#

Figura C M Blo!o de fundao e pilar dis!retizados por elementos

N#2 7imens"es e !ara!ter$sti!as das esta!as e !hapas metli!as

Os perfis metli!os possuem 'itola C1+0D= (mm S 9gTm) !om !apa!idade unitriade !arga de 1D1 tfem ao A

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Figura = M /sta!as metli!as e !hapas de ligao

N#N 3arregamento, definio e distri'uio das armaduras

:odelaramse 'arras do pilar e do 'lo!o !om as seguintes !ara!ter$sti!asVtransversais do tipo 3A+ !om dimetro de 12#= mm e longitudinais do tipo 3A=+!om dimetro de 2+ mm# A ta0a de armadura no pilar foi de 2>, no 'lo!o oespaamento entre as 'arras inferiores foram de 1+ !m en&uanto as armaduras

superiores tiveram 2+ !m, de a!ordo !om a figura # O !arregamento !entrado fi0adono topo do pilar foi da ordem de P2+ tf !om aus%n!ia de momentos e forastransversais#

Figura M Representao do !arregamento no pilar e das armaduras

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! Resultados

C#1 3ontornos de tens"es de !ompresso

O'servase na figura P a fa!e e0terna frontal do 'lo!o de fundao &ue apresentamos !ampos de !ontornos de tens"es de !ompresso# O a.uste da es!ala, !omo podeser o'servado ao lado da figura, est a.ustado para identifi!ar apenas tens"es de!ompresso, em'ora tens"es de trao tam'm este.am o!orrendo nesta mesmaseo# O valor unitrio da es!ala est em 9gf#

Figura P M Fa!e e0terna frontal do 'lo!o de fundao

os !ampos de !ontornos de tens"es da figura D fi!a evidente &ue os !aminhos das!argas da parte superior do 'lo!o esto em direo ?s !a'eas das esta!asmetli!as lo!alizadas na parte inferior do 'lo!o#

Figura D M 3orte na seo transversal afastada N= !m da fa!e

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A figura ilustra a tenso transversal passando pelo !entro do pilar, regio ondeo!orrem as maiores tens"es e deforma"es#

Figura M 3orte na seo transversal !om 1++ !m de profundidade

C#2 5ens"es de trao

A figura 1+ tem !omo origem a mesma seo da figura D, nesse !aso !om

!onfigurao para apresentar !om setas a direo das tens"es internas da estrutura,dei0ando evidente a e0ist%n!ia de tens"es de trao no tre!ho !ompreendido entreas esta!as#

Figura 1+ M 3orte na seo transversal afastada N= !m da fa!e

Ao analisar os resultados apresentados nas figuras D e 1+, simultaneamente,per!e'ese &ue o 'lo!o tem o !omportamento estrutural semelhante !om oapresentando por meio da teoria da formao de 'ielas e tirantes so're 'lo!o de!oroamento apoiado em esta!as e su'metido a !arregamento elevado#

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C#N 5ens"es so're a !hapa metli!a

O'servase na figura 11 &ue as !hapas metli!as de ligao so' o !arregamentoatri'u$do nessa modelagem re!e'em as tens"es de !ompresso formando reas!ir!ulares onde em seus !entros !on!entramse os maiores valores, os esforosreduzem em direo as 'ordas dos !$r!ulos#

Figura 11 M -lanta no n$vel do topo das !hapas metli!as

A figura 12 e0i'e em detalhes es&uemti!os a atuao das tens"es e deforma"esso're uma !hapa de ligao# 3omo a simetria da estrutura e o !arregamentouniformemente !entralizado produzem resultados id%nti!os em todas as &uatro!hapas no ser ne!essria ? representao das demais# O elemento de !on!retofoi isolado da figura para melhor visualizao da !hapa, no entanto, seus!arregamentos e propriedades esto !onsiderados na anlise#

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Figura 12 M (a) 3hapa metli!a so're a esta!aV (') deformada da !hapa !om o pilar su'metido a uma!arga igual a P2+tfV (!) tens"es normais so're a !hapa

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5AB/A +1* 7eslo!amentos dos nGs da figura 12 (a)

N U1 y U2 x U3 z R1 R2 R3

Nmero m m m Radianos Radianos Radianos

24696 -0,000066 -0,000069 -0,000927 -0,000192 -0,000149 -0,000033

19417 -0,000065 -0,000075 -0,000454 0,000037 -0,000074 -0,0000016

24697 -0,000066 -0,000074 -0,001053 -0,000037 0,000748 -0,0000009

Werifi!ase &ue os nGs fi!t$!ios das e0tremidades da !hapa sofreram deslo!amentose0!essivos por estarem lo!alizados nas 'ordas fora do apoio da esta!a !onformevalores da ta'ela +1#

" #onsidera$es finais

Os resultados deste estudo mostram &ue o uso de !hapas metli!as !omoelementos de ligao entre esta!as de ao e 'lo!os de !oroamento em !on!retogarante a semelhana do !omportamento da estrutura !om o previsto pela teoria deformao de 'ielas e tirantes &ue so utilizados fre&uentemente na ela'orao depro.etos estruturais#

O'servouse tam'm &ue as !hapas de ligao apresentaram elevadosdeslo!amentos nas regi"es das 'ordas fora dos apoios das esta!as !omo visto, pore0emplo, na figura 12 (')# /ste tipo de !omportamento pode gerar danos ? estrutura!omo fissuras ou at mesmo o des!olamento entre as ferragens e o !on!reto# 7uasalternativas podem ser utilizadas para !om'ater esse tipo de desempenho, oprimeiro seria no aumento da espessura das !hapas de ligao e o segundo pelareduo da rea de !ontato horizontal da pea#

Refer%ncias

A

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BA8IO F8;O, O# 5#V