ESTUDO NUMÉRICO-EXPERIMENTAL DE LIGAÇÕES PARAFUSADAS COM CHAPA DE TOPO ENTRE VIGA METÁLICA DE SEÇÃO “I” E PILAR MISTO PREENCHIDO COM CONCRETO DE SEÇÃO QUADRADA

Autoras:Marcela Novischi Kataoka

kataoka@sc.usp.br Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs

analucia@sc.usp.br

Contribuição técnica nº 1

Na construção civil, os méritos de um determinadosistema construtivo são avaliados com base em diversosfatores, tais como: eficácia, resistência, durabilidade efuncionalidade. O trabalho do engenheiro, no entanto,consiste em avaliar os diferentes materiais e métodosconstrutivos, com a finalidade de elaborar uma estruturacom o mínimo custo global, visando atender os objetivospara qual esta foi idealizada.

Introdução

Introdução

O processo de aperfeiçoamento da utilização dosmateriais pode ser realizado de duas maneiras:

n A primeira consiste em combinar materiais apropriadosde forma a se criar um terceiro material misto.

n Na segunda maneira, diferentes materiais podem serarranjados de forma que somente as propriedadesdesejadas de cada material seja utilizada. Este caso édenominado construção mista.

Introdução

Edifício New Century Shopping Metrô Santa Cruz

Revisão Bibliográfica

Esse trabalho faz parte de uma linha de pesquisa sobreligações com pilares mistos preenchidos com concretodo Departamento de Engenharia de Estruturas daEscola de Engenharia de São Carlos – USP.

Revisão Bibliográfica

n Início com De Nardin (2003) que realizou investigaçõesexperimentais com quatro tipologias de ligaçõesparafusadas submetidas a carregamento monotônico.

Revisão Bibliográfican Seguindo a linha de pesquisa em ligações com pilares

preenchidos, Silva (2006) estudou a influência deconectores de cisalhamento na aderência entre o aço dotubo metálico do pilar e o núcleo de concreto.

Revisão Bibliográfican Em seu trabalho de pós-doutorado, De Nardin (2007)

estudou ligações com chapas passantes associadas alajes de diversos tipos.

Revisão Bibliográfica

n Com o objetivo de representar com mais exatidão a ligação mista com conector tipo pino com cabeça estudada por Silva (2006), Farias (2008) realizou análise teórico-experimental desse tipo de ligação com o acréscimo da laje.

Revisão Bibliográfica

n Nesse contexto, o presente trabalho dá segmento aos estudos, analisando uma ligação parafusada entre viga metálica e pilar preenchido com concreto submetida a ações cíclicas.

Programa Experimental

Programa Experimental

Programa Experimental

Programa Experimental

Simulação Numérican Modelagem plana. ü Kulkarni et al. (2008) – Estrutura Híbridaü Camarena (2006) – Concreto Pré-Moldadoü Mitra (2008) – Concreto Armadon Programa DIANA (Método dos Elementos Finitos –

MEF)

Simulação Numérica

Modelo experimental

Simulação Numérica

Simulação Numérica

Q8MEM L6BEN

• Elemento finito isoparamétrico de quatro nós• Dois graus de liberdade nodais, os quais representam as translações em x e em y

• Elemento finito de viga • Possui dois nós, três graus de liberdade nodais, os quais são representados pelas translações em x e y e rotação em z.

Simulação Numérican A malha contém aproximadamente 600

elementos e 700 nós n No eixo de simetria foram restringidos

os deslocamentos na direção xn Na base foram restringidos os

deslocamento em x e yn No topo do pilar foi restringido o

deslocamento apenas na direção x, onde foi aplicada uma força constante para estabilização do modelo.

n Outra força foi aplicada na proximidade da extremidade da viga, a aproximadamente 8 cm da extremidade livre, para testar a capacidade resistente da ligação.

Modelo numérico

x

y

Deslocabilidades restringidas:

x e yx

x

y

x

y

Deslocabilidades restringidas:

x e yx x e yx

Ciclos de Força

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Número de ciclos

Forç

a (k

N) 9 kN

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Número de ciclos

Forç

a (k

N) 9 kN

18 kN27 kN

36 kN

45 kN

50 kN

Resultados Experimentais

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

Deslocamento (mm)

Forç

a (k

N)

Lado esquerdo

Resultados Experimentais

Lado direito

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Forç

ca (k

N)

Resultados Experimentais

Clinômetro a óleo Clinômetro de Pêndulo

Resultados Experimentais

Resultados Experimentais

CP1 CP2 CP3 CP4 Média Desvio padrão

Tensão de escoamento (MPa) 421,00 422,00 392,00 384,00 404,75 24,03

Módulo de elasticidade (GPa) 106,75 125,49 102,11 134,68 117,26 18,85

Resultados dos ensaios de tração dos parafusos – Aço SAE 1020

Resultados Experimentais

Resultados Numéricos

-60

-40

-20

0

20

40

60

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Forç

a (k

N)

Resultados Numéricos

Análise dos Resultados

-60

-40

-20

0

20

40

60

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

Deslocamento (mm)

Forç

a (k

N)

Curva Numérica

Curva Experimental

Lado esquerdo

Análise dos Resultados

-60

-40

-20

0

20

40

60

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Forç

ca (k

N)

Curva Numérica

Curva Experimental

Lado direito

Análise dos Resultados

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0-3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0

Deslocamento (mm)

Forç

a (k

N)

-0,3963;0

-2,865;-9,6

Rigidez inicial = 9,6 / (2,865 - 0,3963)Rigidez inicial = 3,89 kN/mm

Análise dos Resultados

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Forç

a (k

N) 25,6 kN

7,31 mm

Rigidez final = 25,6 / 7,31Rigidez final = 3,50 kN/mm

Análise dos Resultados

Resultados Experimentais Resultados Numéricos

Rigidez inicial(kN/mm)

Rigidez final(kN/mm)

Rigidez inicial(kN/mm)

Rigidez final(kN/mm)

Lado direito 4,51 3,083,89 3,50

Lado esquerdo 3,19 2,00

Resultados Experimentais: queda de 35% na rigidezResultados Numéricos: queda de 10% na rigidez

Conclusões

n A modelagem bidimensional retratou bem o comportamento da ligação estudada, proporcionando vantagens como facilidade e rapidez para compor o modelo e reduzido tempo de processamento.

n Comparando os modelos numérico e experimental, chegou-se a mesma conclusão referente a ruptura da ligação; em ambos os casos constatou-se que a ruptura ocorreu nos parafusos.

n Pode-se atribuir a baixa rigidez final apresentada pela ligação aos deslocamentos dos pórticos de reação devido à aplicação de forças mais elevadas.

Agradecimentos