Dsc - EESC 2004 - Estudo Teórico-experimental Da Ligação Pilar-fundação Por Meio de Cálice Em...

8/10/2019 Dsc - EESC 2004 - Estudo Terico-experimental Da Ligao Pilar-fundao Por Meio de Clice Em Estruturas de Co

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Rejane Martins Fernandes Canha

EESSTTUUDDOOTTEERRIICCOO--EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLDDAALLIIGGAAOO

PPIILLAARR--FFUUNNDDAAOOPPOORRMMEEIIOODDEECCLLIICCEEEEMM

EESSTTRRUUTTUURRAASSDDEECCOONNCCRREETTOOPPRR--MMOOLLDDAADDOO

Tese apresentada Escola de

Engenharia de So Carlos daUniversidade de So Paulo, comoparte dos requisitos para obteno doTtulo de Doutor em Engenharia deEstruturas

Orientador: Prof. Ass. Mounir Khalil El Debs

So Carlos - SP2004


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Ainda que eu falasse lnguas, as dos homens e dos anjos, se eu no tivesse o amor, seria

como sino ruidoso ou como cmbalo estridente. Ainda que eu tivesse o dom da profecia, o

conhecimento de todos os mistrios e de toda a cincia; ainda que eu tivesse toda a f, a

ponto de transportar montanhas, se eu no tivesse o amor, eu no seria nada. Ainda que

eu distribusse todos os meus bens aos famintos, ainda que entregasse o meu corpo s

chamas, se no tivesse amor, nada disso me adiantaria. (1Cor 13, 1-3)

Ao meu amor,

Renato.


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AAGGRRAADDEECCIIMMEENNTTOOSS

Agradeo a Deus, luz da minha vida, minha inspirao, minha fora e meu

amigo de todas horas.

A Mounir Khalil EL Debs, pela excelente orientao, apoio, incentivo e,

principalmente, pela amizade e compreenso.

Ao meu esposo Renato, pelo amor, carinho, dedicao, pacincia e ajuda nas

horas mais difceis. Sem ele, no teria chegado ao fim.

A mainha e minha querida av Palmira (in memorian) por todo o amor, carinho

e ensinamentos que transmitiram a mim.s minhas madrinhas Laura e Zlia e a todos os meus familiares, pelo carinho e

confiana depositada em mim.

A Sirlei, Sidnei, Ana Lcia, Alexandre e, em especial, minha afilhada Gabriela,

pelas alegrias, boas risadas e pela oportunidade, atravs deles, de renovar minhas

energias.

Ao meu Pai e a meus irmos Luciana e Djanilton, pelo carinho e incio de uma

grande amizade.

Aos meus queridos amigos que me acompanharam nesse doutorado: Crs,Vanessinha, Kris, Osvaldo, Silvana, Alex, Joel, Cida, Aline, Marcelo, Gerson, Valentim,

Patrcia, Yuri, Rodrigo, Rassa, Su, Aninha, Lu, Ana Rita, Mnica, Ju, Tati e Fernando.

Em especial querida Cris, pela amizade, e, principalmente, pelo apoio,

palavras de conforto e por fazer acreditar em mim numa fase to difcil.

s minhas inesquecveis amigas de Natal, Aleide, Helosa e Etiane, que mesmo

distncia, sempre torceram por mim.

Aos professores do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP,

que de alguma forma contriburam nessa pesquisa.

Aos funcionrios da secretaria do Departamento de Engenharia de Estruturas

da EESC-USP, especialmente a Nadir e Rosi, pelo carinho, ateno e eficincia nos

servios prestados.

Ao desenhista Francisco do Departamento de Engenharia de Estruturas da

EESC-USP, pela execuo de alguns desenhos dessa tese.

s amigas da biblioteca do Departamento de Engenharia de Estruturas da

EESC-USP, Sylvia e Felcia, que compartilharam minha ansiedade e minhas dores no

final do trabalho.

A toda equipe do Laboratrio de Estruturas: Amaury, Luiz Vareda, Mrio,


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Maury, Valdir, Fabiano, Valdimir e Wagner, pela dedicao na realizao da pesquisa

experimental, sugestes, apoio nos contratempos e, sobretudo, pela pacincia com a

minha exigncia e pelas boas conversas.

Aos funcionrios da Oficina Mecnica da EESC-USP, pela execuo doschumbadores e reformas nas peas metlicas.

Aos funcionrios da Marcenaria da EESC-USP, pela confeco das frmas.

A Gerdau, pela doao da armadura longitudinal do pilar.

A Holcim Brasil, pela doao de cimento, e a Degussa Admixtures, Inc., pela

doao de superplastificante, ambos utilizados no concreto da junta.

A FAPESP, pelo apoio financeiro da bolsa e do auxlio-pesquisa.


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SSUUMMRRIIOO

LISTA DE SMBOLOS ........................................................................................ i

RESUMO......................................................................................................xiii

ABSTRACT...................................................................................................xiv

CAPTULO 1 - INTRODUO ......................................................................... 1

1.1. GENERALIDADES ........................................................................................1

1.2. OBJETIVOS ...................................................................................................4

1.3. JUSTIFICATIVAS ...........................................................................................4

1.4. METODOLOGIA ...........................................................................................7

1.5. APRESENTAO DA TESE ...........................................................................7

CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA ....................................................... 9

2.1. GENERALIDADES SOBRE OS TIPOS DE LIGAES PILAR-FUNDAO ........92.2. VARIANTES DO CLICE DE FUNDAO ...................................................12

2.3..RELAO ENTRE OS ESFOROS TRANSMITIDOS NO CLICE DEFUNDAO ...............................................................................................14

2.4. ESTUDOS EXPERIMENTAIS.........................................................................16

2.4.1. ENSAIOS DO CSTC (1978)........................................................................16

2.4.2. INVESTIGAO EXPERIMENTAL DE GOLOSOV & KOROVIN (1978) ..19

2.4.3..RESULTADOS EXPERIMENTAIS APRESENTADOS EM VASCONCELOS(1979) ........................................................................................................20

2.4.4. PESQUISA EXPERIMENTAL DE OSANAI ET AL. (1996) ............................22


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2.5. MODELOS E RECOMENDAES DE PROJETO ...........................................25

2.5.1. COMPORTAMENTO DO CLICE DE FUNDAO ........................................25

2.5.2..RECOMENDAES DE PROJETO SEGUNDO LEONHARDT & MNNIG

(1977), NBR-9062/85 (1985) E EL DEBS (2000)...................................272.5.3. MODELO EMPRICO DE GOLOSOV & KOROVIN (1978).....................39

2.5.4. MODELO DE PROJETO DE WILLERT & KESSER (1983).........................41

2.5.5. MODELO E RECOMENDAES DE PROJETO APRESENTADOS EM OLIN ETAL. (1985) .................................................................................................44

2.5.6. MODELOS DE BIELAS E TIRANTES APRESENTADOS EM BRUGGELING &HUYGHE (1991).....................................................................................50

2.5.7. MODELO DE PROJETO DE ELLIOTT (1996) .............................................52

2.5.8. MODELO DE PROJETO DE OSANAI ET AL. (1996) ...................................54

2.5.9. MODELO E RECOMENDAES DE PROJETO SEGUNDO A CNR-10025/98(1998)........................................................................................................60

2.5.10. MODELOS DE BIELAS E TIRANTES APRESENTADOS EM LCIO & SILVA(2000)......................................................................................................64

2.5.11..MODELO E RECOMENDAES DE PROJETO DA EMPRESA MUNTEAPRESENTADOS EM MELO (2004).........................................................69

2.6. APLICAO DE MODELOS DE PROJETO E ANLISE CRTICA DOS ESTUDOSEXISTENTES SOBRE O CLICE DE FUNDAO ..........................................73

CAPTULO.3.-.VARIVEIS DO CLICE DE FUNDAO E SIMULAESNUMRICAS PRELIMINARES .........................................................................88

3.1. CONSIDERAES INICIAIS........................................................................ 88

3.2. A RUGOSIDADE DA INTERFACE PILAR-COLARINHO...............................89

3.2.1. A INTERFACE PILAR-COLARINHO E AS CHAVES DE CISALHAMENTO .......89

3.2.2..AVALIAO DOS PARMETROS DA FORMA DAS CHAVES DE

CISALHAMENTO........................................................................................903.3. SIMULAES NUMRICAS PRELIMINARES...............................................98

3.3.1. CONSIDERAES INICIAIS.........................................................................98

3.3.2. SINGULARIDADES DAS NO-LINEARIDADES FSICA E DE CONTATO ........98

3.3.3. ELEMENTOS FINITOS UTILIZADOS ...........................................................102

3.3.4. CONSOLOS...............................................................................................104

3.3.5. CLICE DE FUNDAO ...........................................................................114

3.3.5.1. SIMULAO NUMRICA 1......................................................................1153.3.5.2. SIMULAO NUMRICA 2......................................................................127


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CAPTULO 4 - INVESTIGAO EXPERIMENTAL .........................................143

4.1. CONSIDERAES INICIAIS ......................................................................143

4.2..DELINEAMENTO DAS VARIVEIS E MODELOS INVESTIGADOSEXPERIMENTALMENTE............................................................................144

4.3. PROGRAMA EXPERIMENTAL...................................................................148

4.3.1..CARACTERIZAO DOS MATERIAIS E ESTUDO DE DOSAGEM DOCONCRETO DA JUNTA..............................................................................148

4.3.2. MODELO PILOTO.....................................................................................150

4.3.3. MODELOS IL1, IL2 E IL3 ........................................................................150

4.3.3.1. DIMENSIONAMENTO E DETALHAMENTO............................................. 150

4.3.3.2. INSTRUMENTAO................................................................................ 1544.3.3.3. CONFECO E ENSAIO DOS MODELOS IL1, IL2 E IL3......................... 157

4.3.4. MODELOS IR1 E IR2................................................................................159

4.3.4.1. DIMENSIONAMENTO E DETALHAMENTO............................................. 159

4.3.4.2. INSTRUMENTAO................................................................................ 163

4.3.4.3. CONFECO E ENSAIO DOS MODELOS IR1 E IR2................................ 165

4.4..DISPOSITIVOS, INSTRUMENTOS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NOSENSAIOS...................................................................................................168

4.5. PROCEDIMENTO DE ENSAIO ...................................................................171

CAPTULO 5 - APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ..................172

5.1. CARACTERIZAO DO CONCRETO E DO AO .......................................172

5.2. ANLISE DO MODELO PILOTO ................................................................173

5.3. RESULTADOS EXPERIMENTAIS................................................................179

5.3.1. RESISTNCIA E RUPTURA DA LIGAO ...................................................179

5.3.2. EFEITO DOS CICLOS DE PR-CARREGAMENTO ........................................181

5.3.3..COMPORTAMENTO DA ARMADURA HORIZONTAL SUPERIORTRANSVERSAL (AS,HFT) ..........................................................................184

5.3.4..COMPORTAMENTO DA ARMADURA HORIZONTAL SUPERIORLONGITUDINAL (AS,HSUP)......................................................................191

5.3.5. COMPORTAMENTO DAS ARMADURAS DO TIRANTE (AS,TIR) E DE COSTURA(AS,COST) ................................................................................................199

5.3.6..COMPORTAMENTO CONJUNTO DAS ARMADURAS (AS,HFT, AS,HSUP,AS,TIREAS,COST) ...................................................................................212

5.3.7. TRANSDUTORES DE DESLOCAMENTO .....................................................214

5.3.8. FISSURAO ............................................................................................222


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5.4. RESULTADOS TERICOS ......................................................................... 229

5.4.1. RESULTADOS NUMRICOS VERSUS EXPERIMENTAIS ...............................229

5.4.1.1. MODELOS IL2 E IL3...............................................................................229

5.4.1.2. MODELOS IR1 E IR2...............................................................................240

5.4.2. APLICAO DOS MODELOS DE PROJETO DA LITERATURA NOS PROTTIPOSENSAIADOS ..............................................................................................246

5.4.3. PROPOSTA DE MODELO DE PROJETO E COMPARAO COM RESULTADOSEXPERIMENTAIS ......................................................................................248

5.5. RECOMENDAES GERAIS PARA O PROJETO DO CLICE DE FUNDAOCOM COLARINHO...................................................................................257

CAPTULO 6 - CONSIDERAES FINAIS E CONCLUSES ...........................260

6.1. CONSIDERAES FINAIS ........................................................................ 260

6.2. CONCLUSES..........................................................................................261

6.3. SUGESTES PARA FUTURAS PESQUISAS .................................................263

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................264

ANEXO A-ALGUNS MODELOS TERICOS PARA CHAVES DE CISALHAMENTO...................................................................................................................269

A.1. MODELO DE FAUCHART & CORTINI (1972).................................269A.2. MODELO DE LACOMBE & POMMERET (1974)..............................271

A.3. MODELO DE RIZKALLA ET AL. (1989)............................................... 273


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Lista de smbolos i

LLIISSTTAADDEESSMMBBOOLLOOSS

a1, a2, a3 -.Deslocamentos centrais relativos na parede transversal 1

ac -.Distncia do ponto de aplicao da fora vertical do consolo aoencontro consolo-pilar ou consolo-base da fundao

Ac -.rea da seo transversal da ligao de painis com junta

ach -.rea de corte das chaves distribuda ao longo do comprimento daligao

Ach -.rea da seo transversal da parte da ligao referente s chaves dospainis com junta

Ach,fr -.rea frontal da chave

Acs -.rea da seo transversal mdia da parte diagonal da biela da ligaode painis com junta

Ai,par -.rea da superfcie lateral interna das paredes

embAl -.rea da seo longitudinal do embutimento

Ar -.rea da seo transversal total das fissuras diagonais nas chaves daligao de painis com junta

As,b -.Armadura em forma de U disposta na base do pilar para resistir fora Hinf,d

As,ch1 -.rea dos chumbadores de fixao do clice

As,ch2 -.rea das barras transversais soldadas nos chumbadores de fixao doclice

As,cost -.rea da armadura de costura

As,costl -.rea da armadura de costura longitudinal disposta nas paredes 3e 4As,costl1 -.rea da armadura de costura longitudinal 1, situada na primeira

camada (mais prxima do lado tracionado)


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Lista de smbolos ii

As,costl2 -.rea da armadura de costura longitudinal 2, situada na segundacamada (mais prxima do lado comprimido)

As,costt -.rea da armadura de costura transversal disposta nas paredes 1e 2

As,dist -.rea da armadura de distribuioAs,distl -.rea da armadura de distribuio longitudinal disposta nas paredes 3

e 4

As,distt -.rea da armadura de distribuio transversal disposta nas paredes 1e2

As,hft -.rea da armadura horizontal superior transversal disposta no topo daparede transversal 1para absorver a flexo-trao dessa parede

As,hfte -.rea do ramo externo da armadura de flexo-trao da paredetransversal 1

As,hfti -.rea do ramo interno da armadura de flexo-trao da paredetransversal 1

As,hinf -.Armadura disposta horizontalmente na regio inferior do colarinhopara resistir 2/)N.H( d,bfdinf,

As,hsup -.rea da armadura horizontal superior longitudinal para transmitir afora Hsup,d/2, referente a uma parede longitudinal

As,hsupe -.rea do ramo externo da armadura horizontal superior longitudinaldas paredes 3e 4

As,hsupi -.rea do ramo interno da armadura horizontal superior longitudinaldas paredes 3e 4

As,sus -.rea da armadura de suspenso

As,tir -.rea da armadura do tirante do consolo

As,tir1 -.Armadura do tirante no canto 1calculada para o caso de flexo oblqua



As,tir3x -.Armadura do tirante no canto 3calculada para o momentoMxdno casode flexo oblqua

As,tir3y -.Armadura do tirante no canto 3calculada para o momentoMydno casode flexo oblqua


Asv,bf -.Armadura vertical que chega na base da fundao

asw -.rea da armadura transversal ligao dos painis com junta

Asx,bf -.rea da armadura da base da fundao na direo x

Asx,bf -.rea da armadura no trecho btp

Asy,bf -.rea da armadura da base da fundao na direo y

Asy,bf -.rea da armadura no trecho htp

Atot -.rea total da fundao


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Lista de smbolos iii

Atp -.Superfcie lateral do tronco piramidal de puno

b -.Base da seo transversal do pilar

bbf -.Base da seo em planta da base da fundao

bbie -.Base da biela de compresso

bext -.Base externa entre as paredes do colarinho

bint -.Base interna entre as paredes do colarinho

bj -.Espessura da junta de ligao dos painis com chaves de cisalhamento

btp -.Base do tronco piramidal de puno

c -.Cobrimento da armadura

Cd, C1d, ,

C11d

-.Foras nas bielas de compresso dos modelos de biela e tirante deLCIO & SILVA (2000)

d -.Altura til do pilar

d -.Distncia do centride da armadura de trao e compresso fibraextrema tracionada e comprimida, respectivamente

d2 -.Altura til das armaduras de costura longitudinais (As,costl1)

d3 -.Altura til das armaduras de costura longitudinais (As,costl2)

dbf -.Altura til da base da fundao

dc -.Altura til do consolo ou do clice para o clculo da resistnciamonoltica

dft -.Altura til do ramo interno ou externo da armadura de flexo-trao daparede transversal 1

dx -.Altura til da base da fundao referente armadura na direo x

dy -.Altura til da base da fundao referente armadura na direo y

e -.Excentricidade da fora normal

E -.Mdulo de elasticidade

Ec -.Mdulo de elasticidade do concreto

ech -.Espaamento entre eixos das chaves de cisalhamento

ech -.Espaamento interno entre chaves de cisalhamento

Ecm -.Valor mdio do mdulo de elasticidade do concreto

Ecs -.Mdulo de elasticidade secante do concreto

eft -.Distncia de Rft,d e Rft,dao n central do modelo de biela e tirante daparede transversal 1(CNR-10025/98 (1998))

enb -.Excentricidade da fora normal na base da fundao em relao aocentro de gravidade do pilar

Ep -.Mdulo plstico

ers -.Excentricidade da fora Rsolo

Es -.Mdulo de elasticidade do ao


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Lista de smbolos iv

Esp -.Mdulo plstico do ao

ev -.Excentricidade da fora horizontal V/Vdem relao ao topo da ligao

F -.Funo do estado de tenses principais

f1 -.Resistncia trao do concreto para um estado de tenso hidrostticabiaxial

f2 -.Resistncia compresso do concreto para um estado de tensohidrosttica biaxial

Fat,bf -.Fora de atrito na base da fundao

Fat,bf,d -.Valor de clculo da fora de atrito na base da fundao

Fat,hft -.Fora de atrito na parede transversal 1devido flexo-trao desta

Fat,hft,d -.Valor de clculo da fora de atrito na parede transversal 1 devido

flexo-trao destaFat,inf -.Fora de atrito na regio inferior da parede transversal 2

Fat,inf,d -.Valor de clculo da fora de atrito na regio inferior da paredetransversal 2

Fat,long -.Fora de atrito longitudinal entre a junta e os elementos na direo dasparedes 3e 4

Fat,sup -.Fora de atrito na regio superior da parede transversal 1

Fat,sup,d -.Valor de clculo da fora de atrito na regio superior da paredetransversal 1

Fat1,d, Fat2,d -.Foras de atrito do modelo da Empresa Munte em MELO (2004)

Fbu,x -.Fora resultante horizontal de aderncia

Fbu,y -.Fora resultante vertical de adeso

fc -.Resistncia compresso do concreto

fcb -.Resistncia compresso biaxial do concreto

fcd - Resistncia de clculo compresso do concreto

fcd -.Resistncia de clculo compresso do concreto relativa ao corpo-de-prova cbico

fck - Resistncia caracterstica compresso do concreto

fck,mn - Resistncia caracterstica mnima compresso do concreto

fck -.Resistncia caracterstica compresso do concreto relativa ao corpo-de-prova cbico

fcm -.Resistncia mdia compresso do concreto

fcr - Resistncia compresso da junta fissurada

fct - Resistncia do concreto trao direta

fct,f - Resistncia do concreto trao na flexo

fct,sp - Resistncia do concreto trao por compresso diametral

fctd - Resistncia de clculo do concreto trao direta


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Lista de smbolos v

fctk - Resistncia caracterstica do concreto trao direta

fctk,inf - Resistncia caracterstica inferior do concreto trao direta

fctm - Resistncia mdia do concreto trao direta

fctm,f - Resistncia mdia do concreto trao na flexo

fctm,sp - Resistncia mdia do concreto trao por compresso diametral

FKN - Fator de rigidez normal

fst - Resistncia trao do ao

fstm - Resistncia mdia trao do ao

Ftir - Fora no tirante do consolo

Ftir,d - Valor de clculo da fora no tirante do consolo

FTOLN -.Fator de tolerncia para a penetrao normal entre os elementos decontato e alvo

Fv - Fora vertical concentrada na viga

fy - Resistncia ao escoamento do ao

Fy - Fora de escoamento na armadura

fyd - Resistncia de clculo ao escoamento do ao

fyk - Resistncia caracterstica ao escoamento do ao

fym - Resistncia mdia ao escoamento do ao

gcont - Abertura entre o elemento de contato e o alvoh - Largura da seo transversal do pilar

Ha1, Ha2 -.Reaes horizontais na viga da modelagem do comportamento daparede transversal 1

hbf - Largura da seo em planta da base da fundao

hbie - Espessura da biela de compresso do consolo

hbie -.Espessura na direo vertical da biela de compresso do consolo dasparedes 3e 4(CNR-10025/98 (1998))

hc - Espessura da parede do colarinhohch - Altura da chave de cisalhamento

hcon - Altura da seo transversal do consolo

hext - Largura externa entre as paredes do colarinho

Hinf -.Fora de compresso inferior oriunda da presso do pilar na paredetransversal 2

Hinf,d -.Valor de clculo da fora de compresso inferior oriunda da presso dopilar na parede transversal 2

hint - Largura interna entre as paredes do colarinho

hj - Espessura da junta de ligao do clice com o pilar

hn - Largura onde se distribui a fora Nbf,d


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Lista de smbolos vi

Hsup -.Fora de compresso superior oriunda da presso do pilar na paredetransversal 1

Hsup,d -.Valor de clculo da fora de compresso superior oriunda da presso

do pilar na parede transversal 1Hsup1,d -.Valor de clculo da fora de compresso superior oriunda da presso

do pilar na parede transversal 1do modelo 1 (OSANAI et al. (1996)) ouda modelagem do comportamento dessa parede

Hsup2,d -.Valor de clculo da fora de compresso superior oriunda da pressodo pilar na parede transversal 1do modelo 2 (OSANAI et al. (1996)) ouda modelagem do comportamento dessa parede

htp - Largura do tronco piramidal de puno

hv - Altura da seo transversal da viga

hviga - Altura da viga metlica de aplicao do carregamentobl - Comprimento de ancoragem

bfl - Espessura da base da fundao

cl - Comprimento do consolo

chl - Base maior da chave de cisalhamento

'chl - Base menor da chave de cisalhamento

embl -.Comprimento de embutimento do pilar no clice (no se considera aaltura da junta abaixo do pilar em relao base da fundao)

fl - Altura da fundao

hl - Distncia onde a fora Hsup,d distribuda no colarinho

jl -.Comprimento da junta de ligao dos painis com chaves decisalhamento

ol -.Distncia da fora Hsup,d /2ao n inferior do modelo de biela e tirantedo consolo das paredes 3 e 4 (CNR-10025/98 (1998))

pl - Comprimento do pilar

vl - Distncia onde a fora Vd distribuda no colarinho

vigal - Comprimento da viga

l - Comprimento da armadura

M - Momento fletor

M1d - Momento de clculo do modelo 1 (OSANAI et al. (1996))

M2d - Momento de clculo do modelo 2 (OSANAI et al. (1996))

Md - Momento fletor de clculo

MO - Momento no ponto O

Mo -.Momento que, com a ao simultnea da fora normal Nbf,d, ocasionaum estado de tenso nulo no canto do pilar


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Lista de smbolos vii

Mu - Momento ltimo

Mxd - Momento de clculo na direo x

Myd - Momento de clculo na direo y

n - Fora normal aplicada no painel por comprimento da ligao

N - Fora normal

n1 -.Grau do polinmio da modelagem do comportamento da paredetransversal 1

N1d, N2d -.Reaes normais na base da fundao do modelo de biela e tirante deLCIO & SILVA (2000)

Nbf - Fora normal admissvel puno na base da fundao

Nbf - Fora normal na base da fundao

Nbf,d - Valor de clculo da fora normal na base da fundaonch - Nmero de chaves de cisalhamento

Nconv - Fora ltima de convergncia

Nd - Fora normal de clculo

Ndesl - Fora normal de deslocamento

Nnum - Fora numrica

Nu - Fora ltima

Nu,exp - Fora ltima experimental

Nu,teo - Fora ltima terica

P - Fora no consolo numrico

pbf1,d - Presso maior na base da fundao

pbf2,d - Presso menor na base da fundao

pcont - Penetrao do elemento de contato no alvo

pinf,d - Presso na base da parede transversal 2

pM - Presso devido ao momento nos elementos na cabea do pilar

pN - Presso da fora normal nos elementos na cabea do pilarpsup,d - Presso no topo da parede transversal 1

Pu - Fora ltima no consolo fsico

Rc - Resultante de compresso no concreto

Rcd - Valor de clculo da resultante de compresso no concreto

Rest - Rigidez normal estimada peloANSYS 5.5

Rfinal - Rigidez normal final de clculo

Rft,d -.Reao do modelo de biela e tirante da parede transversal 1 referente

ao ramo externo da armadura de flexo-trao (CNR-10025/98 (1998))


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Lista de smbolos viii

Rft,d -.Reao do modelo de biela e tirante da parede transversal 1 referenteao ramo interno da armadura de flexo-trao (CNR-10025/98 (1998))

Rinf -.Resultante de compresso inferior na parede transversal 2, igual a

soma de Hinf

e Fat,bf

Rinf,d -.Valor de clculo da resultante de compresso inferior na parede

transversal 2, igual a soma de Hinf,de Fat,bf,d

Rp -.Resultante de presso na parede transversal 1 com distribuioparablica

Rs -.Resultante na armadura tracionada

Rs - Resultante na armadura comprimida ou menos tracionada

Rs1,d -.Resultante das armaduras verticais da parede transversal 2situadas nalinha mdia

Rs2,d -.Resultante das armaduras de costura longitudinais (As,costl1) situadas naaltura til d2

Rs3,d -.Resultante das armaduras de costura longitudinais (As,costl2) situadas naaltura til d3

Rsd - Valor de clculo da resultante na armadura tracionada

Rsd -.Valor de clculo da resultante na armadura comprimida ou menostracionada

Rsolo - Resultante da presso do solo na aba da sapata

s - Espaamento entre barras de armaduraS -.Superfcie de ruptura expressa em termos das tenses principais e dos

cinco parmetros do modelo Concrete

scont - Deslizamento entre o elemento de contato e o alvo

T - Temperatura

Txd, Tyd, Td,

T1d, , T7d

-.Foras nos tirantes do modelo de biela e tirante de LCIO & SILVA(2000)

u - Permetro do contorno crtico para verificao da puno

u1 - Permetro superior da base do tronco piramidal de punou2 - Permetro inferior da base do tronco piramidal de puno

ux - Deslocamento na direo x

V - Fora cortante

V1d - Fora horizontal de clculo do modelo 1 (OSANAI et al. (1996))

V2d - Fora horizontal de clculo do modelo 2 (OSANAI et al. (1996))

Va1, Vb1, Va2,

Vb2-.Reaes verticais na viga da modelagem do comportamento da parede

transversal 1

Vc -.Fora cortante devido compresso das bielas entre fissuras diagonaisda ligao de painis com junta


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Lista de smbolos ix

Vc -.Fora de compresso das bielas entre fissuras diagonais da ligao depainis com junta

Vd - Fora cortante de clculo

Vf -.Fora cortante devido ao atrito ao longo da superfcie de deslizamentoda ligao de painis com junta

Vpar -.Fora de compresso na superfcie lateral internaAi,pardo colarinho

Vr -.Fora de fissurao que corresponde ao incio de fissuras diagonais naschaves da ligao dos painis com junta

Vrb -.Fora de fissurao oriunda da presso de contato na parte inclinadada chave da ligao de painis com junta

Vrf - Fora de fissurao por atrito da ligao de painis com junta

Vs -.Fora ltima em um deslizamento de 5 mmna ligao de painis comjunta

Vsd - Valor de clculo da fora cortante na extremidade inferior do pilar

Vsd,red -.Valor de clculo da fora cortante reduzida na extremidade inferior dopilar

x - Altura da linha neutra

px - Posio da resultante Rpem relao ao centro da parede transversal 1

y - Distncia do ponto de aplicao de Hsup/Hsup,dao topo do colarinho

y - Distncia do ponto de aplicao de Hinf/Hinf,d base do pilar

y - Distncia do ponto de aplicao de Rinf/Rinf,d base do pilar

z - Brao de alavanca entre o binrio de foras Hsup/Hsup,de Hinf/Hsup,d

Zbase - Dimenso do elemento da armadura na base da fundao

Zcol - Dimenso do elemento da armadura no colarinho

zft -.Distncia entre os centrides dos ramos interno e externo da armadurade flexo-trao da parede transversal 1(CNR-10025/98 (1998))

zhsup -.Distncia entre os centrides dos ramos interno e externo da armadurahorizontal superior longitudinal das paredes 3 e 4 (CNR-10025/98

(1998))

Letras gregas:

- Relao entre a tenso mdia de compresso e tenso mxima decompresso do concreto

c -Inclinao da parte diagonal da biela com a horizontal da ligao dospainis com chaves

ch -.Inclinao da face da chave em relao linha paralela ao eixo dajunta

lim,ch - Inclinao limite da face da chave em relao linha paralela ao eixoda junta


22/309

Lista de smbolos x

e - Relao entre os mdulos de elasticidade do ao e do concreto

fi , fi , fi - Inclinaes das fissuras na junta de ligao dos painis com chaves

ft,s - Relao entre as reas dos ramos interno e externo da armadura de

flexo-trao da parede transversal 1(CNR-10025/98 (1998))

tp - ngulo de inclinao do tronco piramidal de puno

2v - Coeficiente utilizado no dimensionamento fora cortante

- ngulo de inclinao da biela de compresso do consolo

1 - Coeficiente que majora a capacidade por cisalhamento na extremidadeinferior do pilar devido flexo-compresso

2 - Coeficiente que majora a capacidade por cisalhamento com o objetivode considerar a proximidade entre as foras Hsup,de Hinf,d

c - Coeficiente de transferncia de cisalhamento para uma fissura fechada

t - Coeficiente de transferncia de cisalhamento para uma fissura aberta

z - Fator que representa a variao no brao de alavanca z (modelo deWILLERT & KESSER (1983))

- Deformao especfica normal

pl - Deformao especfica normal plstica

s - Deformao especfica na armadura

base,s - Deformao no elemento da armadura na base da fundao

col,s - Deformao no elemento da armadura no colarinho

mx,s - Deformao mxima na armadura

's - Deformao especfica na armadura comprimida

si - Deformao inicial no chumbador

ym - Deformao especfica de incio de escoamento

- Dimetro da armadura

ag - Dimetro mximo do agregado grado

r - ngulo da taxa de armadura (rebar) relativo ao plano XY

c - Coeficiente de minorao da resistncia do concreto

f - Coeficiente de majorao dos esforos

s - Coeficiente de minorao da resistncia do ao

- Constante para verificao da puno

c - Relao entre ol e dc do consolo das paredes 3 e 4 (CNR-10025/98(1998))

ch - Relao entre a base maior chl e a altura hchda chave de cisalhamentoft - Relao entre efte zft


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Lista de smbolos xi

x - Tangente do ngulo formado pela distncia de Rsolo a um ponto naligao colarinho-base da fundao e a altura til da base da fundaoreferente armadura na direo x

- Coeficiente de atritof - Coeficiente de atrito no carregamento final do modelo numrico

i - Coeficiente de atrito no carregamento inicial do modelo numrico

inf - Coeficiente de atrito na regio inferior da parede transversal 2

sup - Coeficiente de atrito na regio superior da parede transversal 1

- ngulo de inclinao das diagonais de compresso em relao ao eixolongitudinal da viga ou da fora inclinada na parede transversal 1sobflexo-trao

ch - Inclinao da face da chave em relao linha perpendicular ao eixoda junta

r - ngulo da taxa de armadura (rebar) referente ao eixo x

- Taxa geomtrica da armadura do tirante do consolo

bf - Taxa geomtrica da armadura da base da fundao

x - Taxa geomtrica da armadura da base da fundao na direo x

y - Taxa geomtrica da armadura da base da fundao na direo y

- Tenso normal

1 , 2 , 3 - Tenses principais

cd - Valor de clculo da tenso de compresso no concreto

cm - Tenso mdia de compresso no concreto

cont - Presso nos elementos de contato

e - Tenso equivalente para um estado multiaxial de tenso

ple - Tenso equivalente plstica para um estado multiaxial de tenso

ext - Tenso no canto do pilar

h - Estado de tenso hidrostticon - Tenso normal de compresso

par,n - Tenso de compresso uniformemente distribuda na superfcie lateralinternaAi,parda parede

o - Constante igual a 100 MPa do modelo emprico de GOLOSOV &KOROVIN (1978)

s - Tenso axial na armadura

par,t - Mxima tenso de trao na parede

exp,u - Tenso ltima experimental do consolo, relao entre a fora dovertical no consolo e a rea de sua seo transversal


24/309


25/309

Resumo xiii

RREESSUUMMOO

CANHA, R. M. F. (2004). Estudo terico-experimental daligao pilar-fundao por meio de clice em estruturas de concreto pr-moldado. Tese

(Doutorado) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So

Carlos. 2004.

Este trabalho apresenta uma anlise terico-experimental da ligao pilar-

fundao por meio de clice em estruturas de concreto pr-moldado, com nfase no

colarinho. No programa experimental, foram ensaiados cinco prottipos sob fora

normal com grande excentricidade, variando-se o tipo e condio de interface: trs com

interface lisa, onde em dois foi eliminada a adeso para representar a situao mais

adequada de projeto; e dois com interface rugosa, com duas configuraes diferentes

de chaves de cisalhamento. Foram realizadas simulaes numricas pelo Mtodo dos

Elementos Finitos nos modelos lisos sem adeso, com as no-linearidades fsica e de

contato, e nos clices rugosos, considerando-se a no-linearidade fsica e a aderncia

perfeita das interfaces. Os resultados experimentais indicaram a necessidade de se

reavaliar os principais mtodos de projeto para essa ligao. Desta forma, foi proposto,

para o clice liso, um modelo de projeto considerando o atrito entre as interfaces e o

clculo das paredes longitudinais como consolos. J para o clice com interface rugosa,

como foi verificada a proximidade do comportamento dos modelos fsicos rugosos com

uma ligao monoltica, recomendou-se o dimensionamento de suas armaduras

verticais, admitindo a transferncia total dos esforos, e das armaduras horizontais

superiores tambm com o funcionamento das paredes longitudinais como consolos. Os

modelos numricos apresentaram uma boa convergncia e semelhanas na fissurao e

no caminho de tenses em relao aos prottipos fsicos, apesar das deformaes terem

sido menores que as observadas experimentalmente.

Palavras-chave: ligao, clice de fundao, concreto pr-moldado, colarinho, chave decisalhamento, investigao experimental, simulao numrica.


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Abstract xiv

AABBSSTTRRAACCTT

CANHA, R. M. F. (2004). Theoretical-experimental analysis of

column-foundation connection through socket of precast concrete structures. Ph.D.

Thesis Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos.

2004

This research presents a theoretical-experimental analysis of column-foundation

connection through socket of precast concrete structures, with emphasis in pedestal

walls. The experimental program included five models submitted to normal load with

large eccentricity, changing the type and the condition of interface: three models had

smooth interface and two models had rough interface. In two of smooth models, the

bond was eliminated to represent the more appropriate situation of design. Two

different configurations of shear keys were used in rough models. Numerical

simulations, by Finite Elements Method, were developed on the smooth models

without bond, using physical and contact non-linear analyses, and on the rough socket

connections, using physical non-linear analysis and perfect adherence of interfaces. The

experimental results indicated the need to revalue the principal design methods for

this connection. In that way, a design model was proposed for the smooth socket

connection, considering friction between the interfaces, and the design of longitudinal

walls was suggested as corbels. As it was verified the proximity of rough physical

models behavior with a monolithic connection, its vertical reinforcings design was

recommended, admitting the total transfer of the efforts. Superior horizontal

reinforcings design of these rough models was suggested using corbels

recommendations for longitudinal walls. Numerical models had a good convergence

and likeness with cracking and tensions field of physical prototypes, in spite of

deformations have been smaller than experimental results.

Key-words: connection, socket base, precast concrete, pedestal walls, shear key,

experimental research, numerical simulation.


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Captulo 1 1

CCAAPPTTUULLOO

11

IINNTTRROODDUUOO

11..11..GGEENNEERRAALLIIDDAADDEESS

Na busca de espao cada vez maior do concreto pr-moldado, os engenheirostm-se motivado a procurar para o projeto das estruturas com esse tipo de concreto,solues mais econmicas sem afetar a segurana estrutural. Baseado nisso, uma das

principais alavancas para a otimizao do clculo estrutural e o desenvolvimento denovas inovaes tecnolgicas no campo das estruturas de concreto pr-moldado so asatividades de pesquisa, nas quais merece destaque o estudo das ligaes.

Com relao ao comportamento estrutural, uma estrutura de concreto pr-moldado diferencia-se principalmente de uma estrutura convencional de concreto pelaexistncia das ligaes entre os seus elementos. Embora a falta de monolitismo possaser compensada pelo controle de qualidade na confeco dos seus elementos e namontagem das estruturas, as ligaes constituem um ponto delicado quanto ao projetoe detalhamento, pois so regies de descontinuidade onde ocorrem concentraes de

tenses. Torna-se necessrio, portanto, para as ligaes dessas estruturas, um bomprojeto que combine praticidade e economia, e que obedea a critrios comoresistncia, rigidez, ductilidade e durabilidade.

As ligaes so responsveis pela distribuio de esforos na estrutura, a qualinterfere no comportamento da mesma, pois podem impedir ou mobilizar total ouparcialmente deslocamentos e esforos decorrentes dos seus elementos adjacentes.Dessa forma, baseando-se na deformao que ocorre na ligao quando solicitada flexo, esta pode ser classificada como articulada, rgida ou semi-rgida.

Conforme FERNNDEZ ORDEZ et al. (1974), a influncia das ligaes naconstruo pr-moldada to predominante, que alguns especialistas afirmam que asuperao dos mtodos construtivos convencionais pelos pr-moldados tem sido


28/309

Introduo 2

impedida devido s questes tcnicas referentes s ligaes. Em uma lista com 40prioridades de pesquisa no campo das estruturas pr-moldadas de concreto, de acordocom a consulta efetuada noAPPLIED TECHNOLOGY COUNCIL, em Berckley em 1981,

a qual referenciada em CHEOK & LEW (1991), destaca-se o desenvolvimento derecomendaes prticas para o projeto de ligaes tpicas. Segundo o levantamentofeito pelo PCI COMMITEE ON RESEARCH AND DEVELOPMENTsobre as principaisnecessidades de pesquisa, apresentado em JOHAL et al. (1991), merece destaque oestudo das ligaes.

Pelo que se tem conhecimento, o primeiro estudo sistematizado sobre ainvestigao experimental em ligaes iniciou-se na dcada de 60 pela Portland Cement

Association(PCA), cujo programa abrangeu estudos sobre a continuidade em elementospr-moldados em duplo T, a resistncia do apoio no topo de pilares e vigas pr-

moldadas, ligaes viga-viga e viga-pilar com fixao atravs de parafusos em dentesrebaixados e a resistncia de consolos e ligaes por chapas metlicas em bases depilares.

Outro programa de pesquisa denominado de Moment Resistant Connections andSimple Connections do projeto PCI-SFRAD(Specially Funded Research and DevelopmentPrograms 1 and 4 PCI 1/4) fundado nos Estados Unidos em 1986 aborda o estudoexperimental de vrios tipos de ligaes viga-pilar, cujos resultados so encontradosem DOLAN et al. (1987).

O Programa de Pesquisa PRESSS(Precast Seismic Structural Systems) iniciado

entre os Estados Unidos e Japo em 1990 tem como objetivo estudar eficientes sistemasestruturais pr-moldados de concreto resistentes a aes ssmicas e fornecerrecomendaes de projeto para incorporao nos cdigos modelo de construo. Oprojeto foi subdividido em trs fases: (i) projetos de carter de definio de critrios ede diretrizes bsicas; (ii) projetos relacionados com o estudo do comportamento eensaios de ligaes; (iii) projetos relacionados a ensaios de estruturas de edifcios.

Sob a responsabilidade da Unio Europia, o programa de pesquisa COST C1(Semi-Rigid Behaviour of Civil Engineering Structural Connections) foi criado em maiode 1991 e finalizado em 1998, e tinha como principais objetivos: a) aumentar o banco de

dados referente ao comportamento das ligaes; b) utilizar tcnicas computacionaispara extrapolar os dados, com a finalidade de abranger mais condies de geometria ecarregamento; e c) padronizar medies de rigidez, na forma de curvas momento fletorversus rotao, as quais podem ser utilizadas em programas computacionais destinadosao projeto de estruturas de concreto pr-moldado.

Com a finalidade de investigar as ligaes semi-rgidas viga-pilar, viga-viga epilar-fundao mais utilizadas pela indstria francesa e de direcionar os estudos sobreligaes para as estruturas em esqueleto, em 1990, foi criado pelo centro de pesquisa daindstria de concreto pr-moldado da Frana (CERIB French Precast Concrete IndustryStudy and Research Centre) o programa de pesquisa Investigation of the Behaviour of theSemi-rigid Connections. Em COMAIR & DARDARE (1992), destaca-se a ligao atravs


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Captulo 1 3

do clice dentre as ligaes pilar-fundao a serem investigadas experimentalmentepela indstria francesa.

Em So Carlos, o primeiro trabalho de pesquisa sobre ligaes foi desenvolvido

por BALLARIN (1993), no qual encontra-se um amplo estado da arte, as bases defundamentao terica e as principais prioridades de pesquisa nessa rea no Brasil.

No projeto de sistemas estruturais em concreto pr-moldado na linha depesquisa Estruturas de Concreto e de Alvenaria do Departamento de Engenharia daEESC-USP, especificamente na rea de ligaes, alguns trabalhos foram desenvolvidosnos ltimos anos, dos quais so citados os seguintes:

Na dissertao de mestrado de FERREIRA (1993), foram desenvolvidasexpresses analticas para a determinao da deformabilidade de alguns tiposde ligaes pr-moldadas. FERREIRA (1999), em seu doutorado, investigouexperimentalmente dois tipos de ligaes pr-moldadas, onde foramexplorados os seus comportamentos flexo, cisalhamento e toro eaperfeioadas, com os resultados dos ensaios, as expresses analticasabordadas em FERREIRA (1993).

ARAJO (1997), em seu mestrado, abordou terica e experimentalmente ocisalhamento na interface entre concreto pr-moldado e concreto moldado nolocal em vigas e lajes compostas, apresentando os modelos analticos eempricos e indicaes de normas sobre o assunto. Recentemente, ARAJO(2002) estudou, no seu doutorado, vigas compostas formadas por viga e lajepr-moldadas de concreto, com a ligao na interface constituda por conectoresmetlicos associados com concreto moldado no local. A partir dos resultadosdos ensaios fsicos, foi proposto um modelo analtico para representar ocomportamento das ligaes com chaves-de-cisalhamento.

No mestrado de SOARES (1998), foi analisada terica e experimentalmente adeformabilidade flexo da ligao viga-pilar executada com consolo echumbador, presente nos galpes pr-moldados. J na tese de doutorado deMIOTTO (2002), foram estudadas duas ligaes viga-pilar com nfase na

deformabilidade ao momento fletor: a primeira similar ligao avaliada emSOARES (1998); e a segunda, utilizada em edifcios com mltiplos pavimentos,possui uma armadura de continuidade e uma capa de concreto estrutural paragarantir a transmisso de momento fletor.

BARBOZA (2002), no seu doutorado, fez uma anlise torico-experimental docomportamento de juntas de argamassa sob compresso, com a finalidade depropor recomendaes de projeto que caracterizem a deformabilidade e aresistncia da junta, visando um melhor aproveitamento da capacidaderesistente do sistema pr-moldado. Para o preenchimento da junta, foram

utilizados materiais comercialmente disponveis e almofada de apoio deargamassa flexvel.

Portanto, com o estudo terico-experimental sobre o clice de fundao desse


30/309

Introduo 4

trabalho, foi dada uma continuidade nas pesquisas sobre ligaes de estruturas deconcreto pr-moldado do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP.

11..22..OOBBJJEETTIIVVOOSS

Este trabalho tem como objetivo geral o estudo aprofundado da ligao pilar-fundao por meio de clice em estruturas de concreto pr-moldado, atravs de ensaiosem modelos fsicos e numricos.

Como objetivos especficos, tm-se:

Investigar experimentalmente o comportamento da ligao com interface lisa erugosa para os casos de grande excentricidade;

Analisar atravs da modelagem numrica o comportamento da ligao e,principalmente, da armadura do colarinho;

Validar a modelagem numrica com a pesquisa experimental;

Ajustar os processos simplificados de clculo existentes com os parmetrosobtidos da modelagem numrica e da pesquisa experimental.

11..33..JJUUSSTTIIFFIICCAATTIIVVAASS

Apesar desse tipo de ligao ser bastante utilizado no mundo inteiro e ser omais difundido no Brasil, ainda existe uma lacuna a ser preenchida entre os mtodosde projeto e um modelo terico mais consistente baseado em pesquisas experimentais.Alm disso, existe pouca bibliografia sobre o assunto, o que pode ser evidenciado nosegundo captulo desse trabalho, e no existem resultados experimentaisespecificamente relacionados com o comportamento do colarinho.

Portanto, uma pesquisa terico-experimental dessa ligao, torna-se necessriade modo a contribuir para o meio acadmico, com a soluo e explicao mais realista

do problema; e para o meio tcnico, com subsdios para o dimensionamento adequadoatendendo aos critrios de segurana e economia.

O crescente desenvolvimento de programas computacionais baseados noMtodo dos Elementos Finitos tem possibilitado a anlise das estruturas com maiorfacilidade, velocidade e com um grau de refinamento mais elevado. A investigaoexperimental pode validar um modelo numrico, possibilitando a sua utilizao futuracom a considerao dos diversos parmetros que influem no projeto e conduzindo,assim, a um dimensionamento mais econmico.

Com base nos ensaios numricos e experimentais, pretende-se sugerir uma

armadura mais racional do colarinho, em vista das poucas pesquisas que enfocam esseassunto. Em relao resistncia e a deformabilidade, tambm existem poucosresultados disponveis na literatura, sendo necessria, conseqentemente, uma anlise


31/309

Captulo 1 5

mais detalhada dessas variveis em questo.

Outro aspecto importante que existiam incertezas relacionadas ao clculodessa ligao, das quais destacam-se as seguintes, abordadas nesse trabalho (vide

Figura 1.1 para auxiliar o entendimento): O quanto de conservadorismo est embutido no modelo de LEONHARDT &

MNNIG (1977) e da NBR-9062/85 (1985) para essa ligao. Verificar, ento,atravs do confronto dos resultados tericos com os experimentais, a parcela deatrito que contribui para a resistncia do clice;

At que ponto as armaduras de costura da parede transversal 2e das paredeslongitudinais 3e 4contribuem para a resistncia da ligao;

Baseando-se na investigao experimental, verificar a eventual flexo do topo

da parede transversal 1 oriunda da presso do pilar e a quantidade dearmadura necessria nessa regio e adequar, na medida do possvel, umprocedimento de clculo para o dimensionamento dessa armadura.

Se a altura da rugosidade mnima de 1 cmem 10 cmde junta recomendada pelaNBR-9062/85 (1985) proporciona um comportamento conjunto do pilar ecolarinho no caso de interface pilar-colarinho rugosa;

Essas variveis foram analisadas para os casos com grandes excentricidades decarga, pois so os mais comuns em estruturas de concreto pr-moldado. O estudo degrandes excentricidades se justifica ainda pelo fato de que, com exceo do estudo de

OSANAI et al.(1996) sobre a ligao sob fora horizontal e inclinada com uma grandedistncia em relao ao topo do colarinho, as pesquisas existentes, que se temconhecimento sobre essa ligao, focalizam apenas o seu comportamento sob cargacentrada ou com pequena excentricidade.


32/309

Introduo 6

NM

V

parede 4

parede 3

pilar

parede

1

Hsup

Fat,sup

par

ede

2

infH

at,bfF

base

colarinho

parede

1

parede

2

par

ede

1

parede 3

parede 4

at,infF

bfN

colarinho

junta

flexo

parede 3 ou 4

basetirF

H / 2sup

biela

{

{

Armaduras principaisdo colarinho

longitudinais como consolosComportamento das paredes

armadurade costura

longitudinal

armadurado tirante

armadurade costuratransversal

1 1

2

2

3

4

5

1 - Por meio do concreto de preenchimento da junta, as solicitaes M e V sotransmitidas para as paredes 1 e 2, ocasionando uma presso nas mesmas

2 - As presses nessas paredes mobilizam foras de atrito

3 - A fora normal que chega na base da fundao, reduzida pela fora de atrito,

tambm tende a mobilizar atrito

4 - As presses na parede 1 so transmitidas por flexo, praticamente em suatotalidade nos casos usuais, para as paredes 3 e 4, por estas serem mais rgidaspara a transferncia de esforos para a base

5 - As foras nas paredes 3 e 4 so transmitidas para a base do clice com umcomportamento de consolo

6 - Armaduras do tirante e de costura longitudinal calculadas conforme os modelose recomendaes de consolos

7 - Armadura de costura transversal considerada geralmente igual armadura de

costura longitudinal

66

7

Figura 1.1 Aspectos da geometria, armaduras principais e comportamento do clice

de fundao adaptado de EL DEBS (2000)


33/309

Captulo 1 7

11..44..MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA

A metodologia empregada no desenvolvimento dessa pesquisa foi dividida nas

seguintes partes: reviso bibliogrfica, modelagem numrica preliminar, investigaoexperimental dos prottipos, calibrao dos modelos numricos e ajuste dos processossimplificados de clculo existentes.

Na reviso bibliogrfica, foram avaliadas as principais varireis de projeto queinfluem no comportamento da ligao, como o atrito na regio entre o pilar e o clice, aresistncia do concreto de preenchimento, o comprimento de embutimento do pilar, odetalhamento da armadura do pilar e da fundao, a excentricidade da fora normal, otipo de carregamento e outras. Pde-se perceber que apesar de existirem algumasrecomendaes normativas sobre o projeto dessa ligao, ainda existem dvidas sobre

os modelos de transferncia de esforos, clculo das armaduras e valores a seremadotados para algumas dimenses.

Atravs da modelagem numrica preliminar, foi feito um estudo dosparmetros e nos modelos de comportamento dos materiais no programacomputacional ANSYS 5.5 (ANSYS RELEASE 5.5 (1999)) de forma a direcionar suautilizao e calibrao posterior aos resultados experimentais.

Na investigao experimental, foram ensaiados prottipos em escala 1:1 sobgrande excentricidade, dando-se enfoque no colarinho com a variao da condio etipo de interface e a excentricidade da fora normal aplicada.

A calibrao e a validao da modelagem numrica foi realizada com osresultados obtidos na experimentao dos modelos fsicos, adotando-se algunsparmetros estudados nas simulaes numricas preliminares.

Os processos de clculo existentes foram reavaliados e ajustados com osresultados da investigao experimental, de forma a conduzir a um dimensionamentomais racional desse tipo de ligao.

11..55..AAPPRREESSEENNTTAAOODDAATTEESSEE

No Captulo 1, feita uma abordagem geral dos primeiros estudos sobreligaes de estruturas de concreto pr-moldado e so apresentados os objetivos, as

justificativas e a metodologia para o desenvolvimento desse trabalho.

O Captulo 2descreve inicialmente os principais tipos de ligao pilar-fundaode estruturas de concreto pr-moldado, apresentando-se depois, detalhadamente, oclice de fundao, as variveis que influem no seu comportamento, os estudosexperimentais e os modelos e recomendaes projeto para essa ligao. Faz-se no final

uma anlise crtica da bibliografia disponvel e uma aplicao desses modelos deprojeto para indicar as principais diferenas entre estes.

Aborda-se, no Captulo 3, o estudo de algumas variveis relacionadas com o


34/309

Introduo 8

comportamento do clice e as simulaes numricas preliminares. So aplicados osprincipais modelos de clculo da literatura para chaves de cisalhamento, os quais sodescritos no Anexo A. Apresentam-se os resultados numricos de alguns consolos

ensaiados na literatura e do estudo de parmetros e modelos de comportamento dosmateriais doANSYS 5.5aplicados no clice de fundao.

So descritos, no Captulo 4, todos os aspectos da pesquisa experimental, taiscomo: variveis e modelos investigados; caracterizao dos materiais;dimensionamento, detalhamento, instrumentao e etapas de confeco e montagemdos prottipos; procedimento e esquema de ensaio, entre outros.

O Captulo 5apresenta juntamente com sua anlise e discusso os resultados dainvestigao experimental, como fora e tipo de ruptura dos modelos, comportamentodas armaduras e transdutores de deslocamento e fissurao. Mostra-se ainda a

aplicao dos mtodos de projeto da literatura nos modelos fsicos ensaiados, oconfronto entre os resultados numricos e experimentais, a proposta de modelo ealgumas recomendaes de projeto para o clice de fundao.

E por ltimo, no Captulo 6, so descritas as consideraes finais, as conclusesdo trabalho e algumas sugestes para futuras pesquisas relacionadas com o clice defundao.


35/309

Captulo 2 9

CCAAPPTTUULLOO

22

RREEVVIISSOOBBIIBBLLIIOOGGRRFFIICCAA

22..11..GGEENNEERRAALLIIDDAADDEESSSSOOBBRREEOOSSTTIIPPOOSSDDEELLIIGGAAEESSPPIILLAARR--FFUUNNDDAAOO

A finalidade primordial das ligaes a transmisso de esforos de um

elemento pr-moldado a outro ou a um componente moldado no local, que podem ser

de compresso, trao, cisalhamento, flexo ou toro. As ligaes pilar-fundao so

projetadas para transmitir foras normais, momentos e foras horizontais, sendo asltimas mais comuns em casos de aes alternadas. O projeto dessas ligaes como

articulaes pouco usual e costuma ser feito apenas em situaes especiais.

As solicitaes do pilar pr-moldado podem ser transmitidas fundao,

basicamente, atravs de quatro tipos de ligaes, as quais so visualizadas na Figura

2.1. A capacidade de resistncia flexo dessas ligaes pode ser bastante elevada,

podendo at apresentar um comportamento monoltico, dependendo do momento a

ser resistido.

A ligao pilar-fundao por meio de clice consiste no embutimento de um

certo trecho do pilar (base ou, comprimento de embutimento ou engastamento) em

uma conformao no elemento estrutural da fundao, que possibilite o encaixe do

pilar. O posicionamento do pilar em planta e referente ao nvel feito geralmente

atravs de dispositivos de centralizao. Para a fixao temporria e o prumo, so

utilizadas cunhas de madeira. Aps a colocao do pilar, o espao vazio entre os dois

elementos preenchido com concreto ou graute. O clice pode ser moldado no local ou

pr-moldado, podendo-se recorrer tambm pr-moldagem apenas do colarinho que

constitui as paredes em torno do pilar.

Como principais vantagens, tm-se: Facilidade e rapidez na montagem;


36/309

Reviso bibliogrfica 10

Menor sensibilidade s imprecises de projeto e montagem, facilitando os

ajustes aos desvios de execuo;

Boa capacidade de transmisso de esforos normais e momentos fletores, com

comportamento muito prximo ao de uma estrutura monoltica; Dispensa cuidados especiais de proteo contra agentes atmosfricos e fogo.

As principais desvantagens so:

Fundao bastante pronunciada, sendo, portanto, usualmente escondida;

O uso do colarinho em divisas s possvel quando existe uma determinada

distncia entre o pilar e a divisa;

Exige-se um certo cuidado no preenchimento da cavidade do encaixe,

principalmente na regio inferior ao pilar;

Dificuldade no estabelecimento da continuidade na armadura de trao entre o

pilar e a fundao, segundo o manual de ligaes do PCI (1988).

Clice Chapa de base

Emenda da armadura com bainha e graute Emenda da armadura saliente e concretagemposterior

Figura 2.1 - Tipos de ligaes pr-moldadas pilar-fundao adaptada do PCI (1988)


37/309


38/309


No caso de armaduras de dimetros maiores, o comprimento da bainha se torna

elevado;

Armadura saliente susceptvel a danos durante o manuseio;

Cuidados adicionais devem ser tomados para evitar que entre gua e entulhoda obra.

Outra alternativa para a ligao pilar-fundao consiste no apoio provisrio da

salincia na extremidade do pilar na fundao e na emenda de armaduras salientes,

onde a armadura saliente do pilar emendada, usualmente por meio de solda ou

acopladores, armadura saliente da fundao. Aps a montagem, faz-se a concretagem

da emenda.

A principal vantagem que essa ligao apresenta um comportamento

praticamente igual ao de uma estrutura monoltica, desde que executada

adequadamente. Entretanto, o seu emprego limitado devido dificuldade demontagem, de realizao de solda de campo, quando necessria, e de concretagem

adequada na emenda.

No caso da ligao pilar-fundao ser articulada, de acordo com MOKK (1969),

existem duas formas bsicas ilustradas na Figura 2.2: (a) com o embutimento do pilar

em uma conformao rasa do elemento de fundao; e (b) por soldagem.

(a) (b)

Figura 2.2 Ligao pilar-fundao articulada: a) com embutimento do pilar emconformao na fundao de pouca profundidade; b) por soldagem - MOKK (1969)

22..22..VVAARRIIAANNTTEESSDDOOCCLLIICCEEDDEEFFUUNNDDAAOO

Na Figura 2.3, so indicadas as variantes desse tipo de ligao, que se

diferenciam pelo tipo de fundao e pela presena ou no de colarinho. Para a escolha

adequada da alternativa, deve-se analisar o nvel das solicitaes e o tipo de solo.

Ressalta-se aqui que o projeto do colarinho independe do tipo de fundao utilizado e

est relacionado com as foras a serem transmitidas para a fundao. No caso de

fundaes rasas, o clice com nervuras e sapata bastante apropriado quando se deseja


39/309

Captulo 2 13

o aumento de resistncia e rigidez flexo com a reduo de material quando

comparado com o volume do clice em sapata com colarinho. J o clice com o encaixe

embutido no bloco sobre estacas indicado para os casos de elevadas solicitaes de

flexo e baixos esforos normais que no tornem a puno uma situao crtica.

embutido no bloco

bloco sobre estacas

sobre o bloco

embutido no

sapata

colarinho

com nervuras e sapata

nervuras

colarinhofuste

fuste de tubulo Figura 2.3 Formas do clice de fundao EL DEBS (2000)

Embora as indicaes para o clice de fundao apresentadas em MOKK (1969)

estejam desatualizadas e divergentes das recomendaes mais atuais, elas so

mencionadas pelo fato de se procurar apresentar neste trabalho a coletnea de todas as

referncias relacionadas a essa ligao. MOKK (1969) mostra trs variantes do clice de

fundao em sapata como uma ligao rgida, como ilustra a Figura 2.4. O primeiro

caso corresponde s sapatas com pequenas dimenses, onde o comprimento de

embutimento, segundo a norma sovitica, deve ser 1,1 vezes a maior dimenso do

pilar. Para as sapatas de mdias dimenses, correspondente segunda alternativa, aprofundidade de engastamento deve ser 1,5 vezes a maior dimenso do pilar, de

acordo com a norma hngara, e, segundo algumas regras prticas, pode-se adotar o


40/309


valor de 12a 15%do comprimento do pilar. No terceiro tipo, so utilizadas nervuras

para aumentar a capacidade resistente flexo da ligao, e placas de ao fixadas na

extremidade do pilar e no centro da base de encaixe, com o objetivo de evitar o

esmagamento do concreto de enchimento sob elevadas cargas concentradas. As

dimenses dessas placas de ao variam desde 10 cmx 10 cmx 1 cma 15 cmx 15 cmx 1

cm. Para possibilitar o emprego de vibradores na regio do material de preenchimento,

a distncia entre o pilar e o colarinho deve ser, no mnimo, 5 cm.

1,5h

1,1h

5-10 cm5-10 cm h

h

h

(a) (b) (c)

Figura 2.4 Variantes do clice de fundao para sapata de dimenses: a) pequenas;b) mdias; c) grandes - MOKK (1969)

22..33..RREELLAAOO EENNTTRREE OOSS EESSFFOORROOSS TTRRAANNSSMMIITTIIDDOOSS NNOO CCLLIICCEE DDEE

FFUUNNDDAAOO

Uma varivel de grande importncia no comportamento do clice a relaoentre os momentos fletores e esforos normais transmitidos na ligao.

Conforme SANTOS (1985), a identificao e caracterizao dos mecanismos

resistentes das ligaes pilar-fundao podem ser feitos atravs da investigao

experimental segundo trs tipos de ensaios, conforme indicam as Figuras 2.5 a 2.6.

A primeira alternativa consiste no ensaio de modelos submetidos

simultaneamente aos esforos normais e momentos fletores na regio da ligao.

Devido dificuldade de aplicao das foras axiais conjuntamente com as foras

transversais no topo do pilar, geralmente os modelos so constitudos por pilares compequenos consolos transversais, nos quais as foras normais de valor crescente so

aplicadas com excentricidades constantes, como mostra a Figura 2.5. Contudo, atravs


41/309

Captulo 2 15

desse mtodo, torna-se necessria a realizao de muitos ensaios para a caracterizao

das diversas hipteses de combinaes possveis dos esforos e no possvel a

caracterizao da influncia da fora transversal.

N

NM

MN

e

Figura 2.5 Ensaio de ligaopilar-fundao com consolo notopo do pilar SANTOS (1985)

N

N

N

V

V

V

M

M

p

Figura 2.6 Anlise isolada dos efeitos da foranormal e da flexo com fora transversal nocomportamento da ligao pilar-fundao

SANTOS (1985)

V

V

N+F

N

F

M VN

MV

N

p

p

vh

viga

v

v

Figura 2.7 Ensaio da ligao pilar-fundao sob o efeito conjunto dos momentosfletores, foras normais e transversais SANTOS (1985)

Outra forma de analisar a ligao consiste no estudo isolado do comportamentodessa sob compresso e sob flexo (incluindo o esforo transversal), reduzindo assim o

nmero necessrio de ensaios. So ensaiados modelos com pilares submetidos a


42/309


compresso simples e modelos com pilares unidos fundao, sendo a fora

transversal aplicada no topo dos pilares de forma a caracterizar os momentos fletores e

esforos transversais desenvolvidos na regio da ligao, ilustrados na Figura 2.6.

Entretanto, essa soluo no permite a anlise conjunta do efeito da flexo e da fora

normal. Atravs dessa alternativa, pode-se estudar o comportamento ssmico dessa

ligao, submetendo-se o pilar flexo, com a aplicao alternada da fora transversal

no seu topo. feita uma comparao com o comportamento dos pilares monolticos de

modo a generalizar os resultados obtidos para os casos de fora normal.

O terceiro caso consiste na utilizao de um dispositivo constitudo por dois

pilares sobrepostos com as extremidades fixas, nas quais aplicada a fora normal

constante. Esses pilares so ligados a um bloco de grande rigidez na forma de um

consolo, no qual aplicada a fora transversal que transmite os momentos fletores e os

esforos transversais crescentes nas ligaes. Essa soluo, que pode ser visualizada naFigura 2.7, apresenta, todavia, a dificuldade de caracterizar adequadamente os apoios

dos pilares de forma a quantificar corretamente os esforos nas ligaes. No caso de

solicitaes ssmicas, aplicando-se a fora no topo do consolo segundo ciclos

alternados, pode-se analisar o efeito da fora normal para diversos nveis de tenses

normais atuantes.

22..44..EESSTTUUDDOOSSEEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISS

22..44..11.. EENNSSAAIIOOSSDDOOCCSSTTCC((11997788))

De acordo com SANTOS (1985), na investigao experimental realizada no

CSTC (1978)1, com o objetivo de estudar o modelo de clculo de LEONHARDT &

MNNIG (1977), foram utilizados modelos dessa ligao constitudos por um pilar

com um consolo horizontal no topo colocado na regio de encaixe da sapata com

posterior concretagem do espao remanescente entre os dois elementos, como mostra a

Figura 2.8. A fora vertical foi aplicada no consolo, ocasionado assim uma compresso

excntrica no pilar.Alguns parmetros foram analisados como a rugosidade da interface (lisa ou

rugosa), a espessura das paredes do colarinho ( h/hc = 1/3ou 1/2), a largura da junta

de argamassa ( h/hj = 1/4ou 1/6) e o comprimento de embutimento do pilar ( h/embl

= 1,0ou 1,5).

Os modelos, no total de 15, foram projetados de forma que a resistncia terica

do pilar fosse aproximadamente 3 vezes a resistncia da sapata. Em todos os modelos,

1 CSTC (1978). Calcul et execution de lassamblage des structures industrialises: Recommandationspratiques. Bruxelles, CSTC - Centre Scientifique et Technique de la Construction.


43/309

Captulo 2 17

a excentricidade de aplicao da fora foi mantida constante ( 1h/e = ). Em 4 modelos,

a cavidade foi preenchida apenas nas regies de atuao das foras tericas do binrio

(Hsup,d e Hinf,d, resultantes de compresso superior e inferior no colarinho,

respectivamente).Nos ensaios com preenchimento parcial da junta, a fora de ruptura Nu foi

proporcional ao comprimento embl . A relao entre a fora de ruptura experimental e a

terica foi superior a 1,5 para hemb =l , e superior a 2,5 para h5,1emb =l . Nos ensaios

com preenchimento total da junta, a ruptura ocorreu pelo pilar, com uma relao entre

a fora de ruptura experimental e a terica superior a 3.

N

100ou150 75

ou50

x (300)

50ou75

100ou150

1500

1400 x (1250)

400

300ou450

e = 300150 150

300

obs.: medidas em mm

h hchjemb

Figura 2.8 Esquema de ensaio da ligao no CSTC (1978) adaptado de SANTOS(1985)

Essa pesquisa mostrou que o modelo de LEONHARDT & MNNIG (1977) para

o dimensionamento da ligao foi satisfatrio, conduzindo a resultados a favor da

segurana.

Segundo SANTOS (1985), os critrios apresentados por LEONHARDT &

MNNIG (1977) para quantificao do comprimento de embutimento do pilar no

parecem ser plenamente adequados. Esse comprimento no depende diretamente da

maior dimenso do pilar e no depende apenas da excentricidade da fora normal. Ele


44/309


deve relacionar-se com os esforos atuantes na base do pilar, com a dimenso do pilar

na direo perpendicular ao plano de flexo considerado e com a resistncia

compresso da argamassa de preenchimento da junta.

Admitindo-se a distribuio parablica das foras Hsup,de Hinf,d, o comprimentode embutimento se relaciona com a presso de contato cd e as foras atuantes na

ligao de acordo com as seguintes equaes para os casos de interface lisa e rugosa,

respectivamente:

cdembd

emb

ddsup, ..b

27

8

4

V5

2

M3H l

l=+= (2.1)

cdembd

emb

ddsup, ..b

27

8

5

V6

5

M6H l

l=+= (2.2)

Que so equivalentes a considerar tanto para interface lisa como rugosa, a fora

Hsup,d uniformemente distribuda em aproximadamente 30% da regio superior do

embutimento.

Vale salientar que o comprimento de embutimento embl determinado pela

segunda igualdade das Equaes (2.1) e (2.2) implicam em iguais resultantes de

presso Hsup,dpara interfaces lisa e rugosa, o que no est de acordo com o modelo de

LEONHARDT & MNNIG (1977).

Considerando-se nula a fora horizontal Vd, o comprimento de embutimento dado, respectivamente, para os casos de superfcie lisa e rugosa por:

cd

demb

.b

M25,2

=l (2.3)

cd

demb

.b

M0,2

=l (2.4)

A tenso de contato na parede transversal deve ser considerada igual a 0,6fcd,

ondefcd a resistncia de clculo do concreto de preenchimento da junta.

Nessa investigao experimental e no modelo de clculo de LEONHARDT &

MNNIG (1977), no so analisados os efeitos das aes dinmicas resultantes da

circulao de pontes rolantes em edifcios industriais e das aes ssmicas na estrutura.

No primeiro caso, deve-se utilizar material de preenchimento com resistncia elevada e

no retrtil ou aditivos expansivos. Com relao ao segundo caso, a ligao pode no

apresentar uma ductilidade significativa. Recomenda-se que a plastificao se

desenvolva na base do pilar, sem afetar a ductilidade, a qual pode ser alcanada

adotando-se um coeficiente de segurana adicional adequado para o dimensionamento

da ligao.


45/309

Captulo 2 19

22..44..22..IINNVVEESSTTIIGGAAOOEEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLDDEEGGOOLLOOSSOOVV&&KKOORROOVVIINN((11997788))

Em GOLOSOV & KOROVIN (1978), encontra-se os resultados de uma

investigao experimental para avaliar a influncia da rigidez lateral das paredes, dosngulos de inclinao do tronco piramidal de puno e da resistncia compresso do

concreto na capacidade da ligao do pilar com bloco sobre estacas e uma formulao

referenciada no item 2.5.3 para o clculo da resistncia dessa ligao para o caso de

pilar sob fora axial. Na Figura 2.9, apresentado um esquema da geometria dos 20

prottipos ensaiados com o pilar submetido a fora normal centrada.

45bf

emb

f

h

htp

tph

tp0,5(h - h)tp0,5(h - h)

>45

Figura 2.9 Geometria do clice de fundao em bloco sobre estacas - GOLOSOV &KOROVIN (1978)

Conforme as observaes experimentais, a ruptura da ligao iniciou-se com o

fendilhamento das paredes (Figura 2.10(a)). Aps a formao de fissuras nessasparedes, ocorreu o puncionamento piramidal da laje de fundao (Figura 2.10(b)).

Baseando-se nos resultados experimentais, podem ser destacados alguns

aspectos importantes sobre o mecanismo de transmisso da fora de puno para a laje.

Para aes de pequena magnitude, a transmisso da fora axial do pilar para a laje

ocorre pela adeso, desprezando-se o deslocamento vertical do pilar. Com o aumento

da fora axial, cresce o deslizamento do pilar, ocasionando conseqentemente a

ruptura da adeso entre o pilar e o concreto de preenchimento. A partir da, a fora

vertical na regio de contato entre os dois concretos onde ocorreu o deslizamento

vertical transmitida pela ao do atrito, se atuarem tenses normais s superfcies.

Quanto ao puncionamento da laje inferior da fundao, foram ensaiadas duas


46/309


sries de modelos: uma com o objetivo de avaliar a influncia dos diferentes ngulos de

inclinao do tronco piramidal de puno na capacidade resistente das lajes de

fundao, e outra para determinar os efeitos da resistncia do concreto puno na

regio tracionada da laje de fundao. No primeiro caso, cujos modelos continham

ligao monoltica entre o pilar e a laje de fundao, foram observados dois tipos de

ruptura: uma com o puncionamento da laje pelo pilar e outro com o puncionamento na

laje por uma das estacas. Na segunda srie, onde se eliminou a aderncia do pilar com

o concreto de preenchimento na regio das paredes ( embl da Figura 2.9) atravs de

placas metlicas lubrificadas com leo, observou-se que as tenses de arrancamento do

tronco piramidal na zona tracionada so praticamente iguais s da srie anterior.

(a) (b)

Figura 2.10 (a) Fendilhamento das paredes; (b) Puncionamento da laje de fundao -GOLOSOV & KOROVIN (1978)

22..44..33..RREESSUULLTTAADDOOSSEEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISSAAPPRREESSEENNTTAADDOOSSEEMMVVAASSCCOONNCCEELLOOSS((11997799))

Em VASCONCELOS (1979), so apresentados alguns resultados de um ensaio

realizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnolgicas (IPT) para a construtora SOBRAF de

So Paulo, que deu origem empresa CONSID. O objetivo do ensaio foi sanar dvidas

em relao ao comportamento da ligao na fase transitria sob puno e formular umprocedimento seguro de clculo.

Para viabilizar a execuo dos ensaios no IPT, o modelo incluindo o bloco sobre

estacas e o pilar foi construdo em escala geomtrica reduzida de 1:2, aplicando-se a

fora de compresso centrada no pilar com escala de 1:4. O dimetro da armadura do

modelo ensaiado foi reduzido para metade do equivalente ao prottipo em escala real.

A abertura de preenchimento foi proporcionalmente reduzida para 5 cm na parte

superior e 2 cmna regio inferior, dimenses mnimas para uma execuo satisfatria.

A armadura utilizada foi constituda de ferros acompanhando o formato do clice e

dobrados em cima, seguindo o contorno vertical do colarinho e denominada dearmadura de suspenso, pois tinha o objetivo de suspender a carga na laje da fundao

abaixo do pilar e transmiti-la para as estacas. A instrumentao da armadura foi feita


47/309

Captulo 2 21

com 20 extensmetros eltricos em 40 pontos das barras de suspenso de 8.0 mm. A

Figura 2.11 ilustra o esquema do modelo com o detalhe das armaduras.

A75

56x39

A

10 8

24

10

24

10

62x45

10 8arm. suspenso

arm. suspenso

80 832 6.348 10

80

97

Corte A-A

20 8 8 6.38 6.3

20 88 6.3 8 6.3

20

8

20

8

24

10

24

10

Figura 2.11 Modelo ensaiado pelo IPT VASCONCELOS (1979)

Alguns clculos foram efetuados para o modelo em escala reduzida. A carga de

servio prevista desse modelo (1080 kN) equivalente a da carga do prottipo em

escala real (4320 kN). Portanto, a carga de clculo igual a:

15121080.4,1N.N fd === kN

As resistncias de clculo so:

3,144,1/20/ cckcd === MPa

8,43415,1/500/f sykyd === MPa

A curva carga-deformao na armadura de suspenso ilustrada na Figura

2.12. A fora de ruptura (3700 kN) foi correspondente a 3,43 vezes a fora de servio

prevista (1080 kN). A armadura de suspenso foi solicitada por uma fora de

compresso mxima equivalente a 1,76da fora de servio terica (1900 kN) com umadeformao praticamente constante ooos 08,0= . Essa deformao corresponde a uma

tenso 8,16s = MPa. A ligao, portanto, apresentou comportamento monoltico at


48/309


essa fora, a qual chamada de fora de deslocamento (Ndesl), pois a partir da,

comearam a surgir fissuras macroscpicas entre a junta e a fundao.

A carga admissvel puno na base :

56,593130).130350130520.(2.20.45175,0d.u.f.45175,0N ckd,bf =+++== kN

onde u o permetro crtico.

A verificao da quantidade de armadura de suspenso foi baseada em uma

fora equivalente a 75 %da diferena entre a carga de clculo (Nd) e a que resistida

pelo concreto na base da fundao (50%.Nbf,d).

Portanto, a armadura de suspenso deve ter rea igual a:

21f

)N.5,0N.(75,0A

yd

d,bfdsus,s =

= cm2

Essa rea corresponde, por conseguinte, armadura adotada de 40 barras de 8.0

mm.

3700

1900

-0,08 1,4

carga(kN)

s (% ) Figura 2.12 Curva carga-deformao na armadura de suspenso VASCONCELOS

(1979)

22..44..44..PPEESSQQUUIISSAAEEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLDDEEOOSSAANNAAIIEETTAALL..((11999966))

Para a validao do mtodo de clculo de OSANAI et al. (1996), esses autores

realizaram uma investigao experimental em modelos, onde duas condies de

superfcie na interface foram avaliadas (uma rugosa, com chaves de cisalhamento nas

superfcies do pilar e do clice; e outra lisa), variando-se o comprimento de

embutimento embl (h(= 50 cm); 1,25h(= 62,5 cm) e 1,5h(= 75 cm)) e a seo da viga de

fundao (uma retangular e outra em T). Na Figura 2.13, apresenta-se o detalhamento

dos modelos ensaiados.


49/309

Captulo 2 23

h

h

hc

PLANTA

extensmetros

22

VISTA FRONTAL

l

extensmetros

CORTE A-A

22

6 22

8 25

13 C/10

h

h

hc

PLANTA

extensmetros

22

VISTA FRONTAL

l

extensmetros

CORTE B-B

22

22

13 C/10

chave-de-cisalhamento

AA

B

B

22

22

4 13

60mm

8080

60

40

25 mm

1080

2800

c

980

50

50

c

1100 1150550

2790

50

50

980

c

11501640

c

1080

975

225

275450275

500

1800

1200

emb

500

1800

1200

emb

400

500

30

50

CHAVE DE CISALHAMENTODO CLICE

CHAVE DE CISALHAMENTODO PILAR

13

Obs.: Dimenses em mm.MODELO TIPO 10 MODELO TIPO 21

Figura 2.13 Detalhamento dos modelos ensaiados por OSANAI et al.(1996)

De acordo com as comparaes entre os resultados experimentais, dos clculos

tericos e das normas DIN 10452 e AIJ3, os autores chegaram a algumas concluses

importantes:

Se o comprimento de embutimento embl for igual ou superior a 1,5h, a ligao

se comporta como rgida, mesmo no caso de interface lisa.

O comportamento dos modelos com um comprimento de embutimento menor

pode ser melhorado com a rugosidade na interface. As ligaes com

2

DIN 1045 (1972). Clculo e execuo de obras de concreto armado. (Norma alem).3 AIJ (1990). Recommendations for the design and fabrication of tubular structures in stell .

Architectural Institute of Japan. p.237-42.


50/309


comprimento de embutimento igual ou superior a h e superfcie rugosa

apresentaram resultados semelhantes quelas com comprimento igual a 1,5he

interface lisa, podendo atingir a resistncia ltima dos pilares.

As ligaes sem rugosidade no apresentaram rigidez suficiente quando embl foi menor que 1,25h, embora no caso desse comprimento, o pilar possa atingir

sua resistncia ltima flexo para grandes flechas.

Comparando-se a carga ltima experimental com o valor terico, alguns

coeficientes de atrito so sugeridos: 1para h5,1emb l com interface lisa ou para

h25,1emb l com interface rugosa; e 0,5para hemb =l com interface rugosa.

Para os prottipos com superfcie lisa, a degradao da rigidez ocorreu no incio

do ensaio. Essa origem da perda de rigidez pode ser retardada no caso de

interface rugosa. A equao terica proposta apresentou resultados mais prximos dos

experiment

Dsc - EESC 2004 - Estudo Teórico-experimental Da Ligação Pilar-fundação Por Meio de Cálice Em...

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