Avaliação do comportamento de ligação de artigo apresenta a avaliação de uma ligação viga...

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  • PRADO, L. P.; EL DEBS, M. K. Avaliao do comportamento de ligao de montagem viga-pilar para estruturas de concreto pr-moldado. Ambiente Construdo, Porto Alegre, v. 18, n. 3, p. 271-287, jul./set. 2018. ISSN 1678-8621 Associao Nacional de Tecnologia do Ambiente Construdo. http://dx.doi.org/10.1590/s1678-86212018000300281

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    Avaliao do comportamento de ligao de montagem viga-pilar para estruturas de concreto pr-moldado

    Analysis of behavior of beam-column assembly connection for precast concrete structures

    Lisiane Pereira Prado Mounir Khalil El Debs

    Resumo ste artigo apresenta a avaliao de uma ligao viga-pilar de estrutura de concreto pr-moldado para ser usada como ligao provisria durante a montagem. A ligao constituda de perfil metlico de seo transversal em U embutido no pilar e um perfil metlico de

    seo transversal retangular vazada embutido na viga. Na montagem da estrutura, a ligao realizada pelo encaixe dos elementos metlicos embutidos. Para avaliar o comportamento estrutural dos componentes da ligao, consolo e dente metlico, realizou-se um estudo com uma parte analtica e uma parte experimental. A parte experimental foi constituda de um prtico estrutural, com a ligao em estudo, submetido a um carregamento esttico e monotnico. Os principais resultados obtidos experimentalmente foram: a) o momento ltimo para o consolo metlico referente ao momento fletor de plastificao da seo transversal foi 37,9% maior que o valor determinado analiticamente e, em relao ao momento fletor de incio de escoamento, o resultado obtido experimentalmente foi 15,8% superior ao determinado analiticamente; e b) a resistncia referente ao momento fletor de incio de escoamento para o dente metlico foi 61,1% superior ao valor obtido analiticamente. Palavras-chave: Concreto pr-moldado. Ligao viga-pilar. Dente metlico. Consolo metlico.

    Abstract The paper presents the evaluation of pinned connection between precast columns and beams, which can be used as temporary connections during the assembly phase. The use of a U shaped steel corbel embedded in the column and a hollow rectamgular steel hanger embedded in the beam, was the proposed model for the connection. The connection between the beam and the column was accomplished by the fitting of elements. To evaluate the structural behavior of connections components, steel corbel and steel hanger, a both analytical and experimental study was conducted. The experimental part included a structural frame, with the temporary connection in study, which was submitted to a test with static and monotonic loadings. The main experimental results were: a) the last bending moment for the steel corbel, in relation to the bending moment of plastification of the cross section, was 37.9% higher than the analytically determined value and, in relation to the bending moment at the beginning of steel yielding, the result obtained experimentally was 15.8% higher than the one determined analytically; b) the strength related to the bending moment at the beginning of steel yielding, for the steel ranger, was 61.1% higher than that determined analytically. Keywords: Precast concrete. Connection beam-column. Steel corbel. Steel hanger.

    E

    Lisiane Pereira Prado Universidade de So Paulo

    So Carlos - SP - Brasil

    Mounir Khalil El Debs Universidade de So Paulo

    So Carlos - SP - Brasil

    Recebido em 09/02/17 Aceito em 24/10/17

  • Ambiente Construdo, Porto Alegre, v. 18, n. 3, p. 271-287, jul./set. 2018.

    Prado, L. P.; El Debs, M. K. 272

    Introduo No cenrio atual da construo civil, as estruturas em concreto pr-moldado podem ser vistas com mais frequncia nos canteiros de obras. Desde as edificaes mais simples, como galpes comerciais e logsticos, at as mais complexas, acima de quatro pavimentos, possvel encontrar os principais elementos de concreto pr-moldado, como pilares, vigas e lajes. Esses elementos, que podem ser armados ou protendidos, so conectados entre si para formar as estruturas de concreto pr-moldado. O que diferencia o sistema construtivo convencional do sistema construtivo em pr-moldado a presena da ligao.

    Nas estruturas de concreto pr-moldado, de modo geral, os pilares so engastados na fundao, e a ligao entre a viga e o pilar difere de acordo com a altura da estrutura. Para edifcios de pequena e mdia altura, as vigas so articuladas nos pilares, sendo esse tipo de ligao projetada de modo simplificado, no necessitando de detalhes complementares aps a montagem dos elementos de concreto. No entanto, em edifcios com altura elevada, as vigas precisam ser ligadas rigidamente aos pilares. Nesse caso, a ligao tem maior complexidade de execuo e, na maioria das vezes, indispensvel a finalizao dela no local da obra mediante o uso de suportes provisrios.

    A ligao entre os elementos de concreto pr-moldado precisa ser concebida na fase inicial de projeto. A partir dessa definio que ser determinada a geometria dos elementos constituintes e, caso no seja executada do modo como foi projetada, poder acarretar danos estruturais.

    A stima edio do Manual do Precast Concrete Institute (PCI) (PRECAST..., 2010) relata que o projeto de ligaes uma das consideraes mais importantes no projeto estrutural das estruturas de concreto pr-moldado, sendo seu propsito transferir carga, restringir movimento e/ou promover estabilidade.

    Os perfis metlicos como opo de ligao entre os elementos pr-moldados so empregados de diversas maneiras, de acordo com a solicitao do projeto. Armaduras adicionais soldadas nos elementos metlicos da ligao podem auxiliar na distribuio dos esforos. A finalizao da ligao metlica por meio de soldas, parafusos ou apenas encaixe dos elementos que vai diferenciar na distribuio dos esforos.

    Oliveira Jnior (2012) analisou o comportamento da ligao rgida entre viga e pilar pr-moldado, solicitada por aes estticas e dinmicas, para casa de fora de usina hidreltrica. Essa ligao foi feita

    por meio do traspasse das barras da armadura longitudinal da viga com as barras passantes no pilar para garantir a continuidade dos momentos fletores positivo e negativo, preenchida com concreto reforado com fibras de ao (Figura 1).

    Diante do exposto, o presente artigo apresenta o comportamento de uma ligao provisria entre viga e pilar pr-moldado para ser usada como suporte na execuo da ligao rgida proposta por Oliveira Junior (2012). Os elementos da ligao provisria consistem de um consolo metlico de perfil U introduzido no pilar, formado por chapas de ao soldadas (Figura 2a), que serve como apoio e travamento lateral para o dente metlico, embutido na viga pr-moldada, feito de chapas de ao soldadas, com seo retangular vazada (Figura 2b). O encaixe do dente no consolo metlico forma a ligao provisria (Figura 2c), que articulada, pois no h barras de transmisso de esforos entre o pilar e a viga.

    A fim de determinar a fora resistente no consolo e dente metlico, construiu-se um prtico estrutural com a ligao provisria em estudo, submetido a um carregamento monotnico. As dimenses dos elementos utilizados para a confeco do prtico estrutural foram as mesmas estudadas por Oliveira Junior (2012), definida a partir do projeto estrutural da casa de fora da Usina Hidreltrica de Manso, utilizando uma escala de 1:3 para adaptar as condies de laboratrio. Em uma extremidade do prtico foi analisada a capacidade do consolo metlico, e para induzir sua ruptura o dente metlico apoiado sobre ele foi executado com espessura maior que a do consolo. Na outra extremidade do prtico estrutural analisou-se a capacidade do dente metlico, que foi induzido a ruptura ao ser apoiado pelo consolo metlico com espessura superior quele.

    Modelos analticos Consolo metlico Nos consolos de concreto, o arranjo das armaduras de ao ancoradas no concreto trabalha em conjunto com este para resistir aos esforos. O uso de perfis de ao como consolo pode ter a mesma resistncia de um consolo de concreto, porm com a geometria reduzida em relao a este.

    O PCI (PRECAST..., 2010) relata que existem muitas formas de utilizar o ao estrutural como: consolo metlico, como perfil duplo, tubos, placas e outros. Para seu dimensionamento necessrio recorrer a normas especficas de estruturas metlicas, como a NBR 8800 (ABNT, 2008), de

  • Ambiente Construdo, Porto Alegre, v. 18, n. 3, p. 271-287, jul./set. 2018.

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    onde foi obtida a simbologia para este artigo. A capacidade do concreto e das armaduras adicionais pode ser calculada de acordo com as consideraes mostradas na Figura 3 e nas Equaes (1) a (6) do manual do PCI (PRECAST..., 2010).

    A resistncia do concreto calculada de acordo com a Equao (1).

    0,85

    1 3,6cd e

    c

    e

    f blV el

    =+

    Eq. 1

    Onde:

    Vc = fora cortante resistida pelo concreto (N); Fcd = resistncia de clculo compresso do concreto (MPa);

    b = largura efetiva do bloco de compresso (mm); le = comprimento de embutimento (mm);

    a = distncia do ponto de aplicao da fora face do pilar (mm); e

    2elae += .

    Figura 1 - Esboo da ligao proposta por Oliveira Jnior (2012)

    Figura 2 - Detalhe dos componentes e da ligao estudada

    (a) Pilar pr-moldado com consolo metlico embutido

    (b) Viga pr-moldado com dente

    metlico embutido

    (c) Detalhe da ligao montada

  • Ambiente Construdo, Porto Alegre, v. 18, n. 3, p. 271-287, jul./set. 2018.

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    Figura 3 - Smbolos, nomenclaturas e variveis do consolo metlico embutido

    Fonte: adaptada de PCI (PRECAST..., 2010).

    A contribuio adicional do reforo de ao soldado no perfil metlico pode ser escrita de acordo com a Equao (2).

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