Viga mista de ao e concreto constituda por perfil formado a frio preenchido

Viga mista de ao e concreto constituda por perfil formado a friopreenchidoElementos estruturais mistos de ao e concretoUNIVERSIDADE FEDERAL DE SO JOO DEL -REIOuro BrancoJunho de 20151HistricoA crescente demanda do mercado por PFF se deu pela pequena gama de perfis laminados e ao alto custo dos perfis soldados na dcada de 90. Por muito tempo, adotou-se a mesma concepo de projeto quanto ao comportamento estrutural tanto para as estruturas mistas formadas por PFF quanto para as constitudas por perfis laminados ou soldados. A norma que atendeu a essa demanda do mercado de estruturas mistas formadas por PFF foi a NB-143:1967, tratada como antiquada pela escassez de informaes tcnicas de projeto. Desde 1990, a USP-SC passou a desenvolver diversos estudos para uma correta concepo e aperfeioamento deste sistema estrutural.

2IntroduoA ao mista desenvolvida quando dois elementos estruturais so interconectados de modo a se deformarem como um nico elemento. Os conectores de cisalhamento, quando dimensionados corretamente, permitem a solidarizao do ao com o concreto.

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Figura 1: Vigas mistas: transferncia de cisalhamento na interface viga-lajeIntroduo4IntroduoO fluxo do esforo de cisalhamento longitudinal absorvido pelos conectores. Quando o nmero de conectores no implica no aumento na resistncia flexo da viga mista, diz-se que a interao completa.

5Introduo

Figura 2: Distribuio de tenses na seo mista (interao completa)6Introduo

Figura 3: Distribuio de tenses na seo mista (interao incompleta)

7IntroduoOs conectores de cisalhamento destinados aos perfis laminados e soldados no so, em geral, compatveis com os perfis de parede fina. Esta concluso foi baseada em estudos que demostraram um comportamento bem menos flexvel destes conectores nos PFF, comparados aos perfis de parede compacta.Para o experimento, foram utilizados os conectores tipo ala e tipo barra. Para efeitos de comparao, foi utilizado conector tipo U laminado, uma vez que so conectores pr-qualificados e de comportamento estrutural dctil.

8ObjetivoRealizar uma anlise estrutural de um sistema no convencional de viga mista em perfil formado a frio (seo cartola) preenchido com concreto, considerando duas solues para a conexo de cisalhamento: conector do tipo ala em barra chata soldados ao perfil e conector do tipo aa em barra redonda, tambm soldado ao perfil.

9MetodologiaCisalhamento diretoQuando se deseja determinar as propriedades de um determinado tipo de conector que no esteja previsto nas normas, pode-se utilizar o ensaio padronizado de cisalhamento direto push-out tests.

10MetodologiaCisalhamento direto

Figura 04: Ilustrao de um ensaio Pushout test11MetodologiaCisalhamento direto

Figura 05: Ilustrao do ensaio Pushout test12Metodologia

Cisalhamento diretoFigura 06: Detalhe construtivo 13Metodologia

Cisalhamento diretoFigura 07:Tabela de descrio dos CPs para ensaios de cisalhamento direto14MetodologiaFlexo nas vigas mistasO ensaio teve como objetivo analisar a ocorrncia da interao completa entre os materiais da viga mista. Alm do ensaio dos corpos de prova, realizou-se uma anlise por elementos finitos visando analisar o comportamento estrutural da viga.

15MetodologiaFlexo nas vigas mistas

Figura 08:Tabela de descrio dos CPs para ensaios de flexo16MetodologiaFlexo nas vigas mistas

Figura 09:Detalhamento das vigas vistas- Instrumentao e carregamento17MetodologiaFlexo nas vigas mistas

Figura 10: Preparao dos corpos de prova para anlise flexo18MetodologiaFlexo nas vigas mistas

Figura 11: Apoio e conteno lateralFigura 12: Esquema de carregamento19MetodologiaFlexo nas vigas mistas

Figura 13: Extensmetros e transdutoresFigura 14: Detalhe da roseta

20MetodologiaFlexo nas vigas mistas

Figura 15: Sistema de aquisio de dadosFigura 16: Configurao final da viga

21MetodologiaFlexo nas vigas mistas- Anlise computacional

Figura 17: Detalhe da lajeFigura 18: Detalhe do perfil

22MetodologiaFlexo nas vigas mistas- Anlise computacional

Figura 19: Esquema da aplicao da carga na viga

23MetodologiaCaracterizao dos materiais para ensaioAs propriedades mecnicas do ao foram determinadas por meio de ensaio de trao direta. Foi retirado um corpo de prova de cada chapa de amostra de lote, totalizando 6 corpos de prova. Figura 20: Propriedades mecnicas do ao

24ResultadosConcretoPara a determinao das propriedades mecnicas do concreto foram moldados corpos de prova cilndricos de dimenses 10x20 cm, para ensaio de resistncia trao por compresso diametral, resistncia compresso e determinao do mdulo de elasticidades.Figura 21: Propriedades mecnicas do concreto das lajes dos CPs push-out

25ResultadosConcretoFigura 22: Propriedades mecnicas do concreto das vigas

26ResultadosCisalhamento diretos dos conectores Figura 23: Fora mxima resistente dos conectores

27ResultadosCisalhamento direto dos conectores

Figura 24: Configurao dos conectores aps o ensaio de cisalhamento

a) Tipo ala: ruptura da solda em um dos ladosb) Tipo barra: deformao por cisalhamento na laje-perfilc) Tipo U laminado: deformao na alma por flexo28ResultadosResultados experimentais e numricos das vigas mistasO modo de ruptura para a modelagem numrica e para a anlise experimental se deu pela compresso da laje de concreto. O nmero de conectores de cisalhamento foi pr-determinado para a ocorrncia deste modo de falha.Figura 25: Representao das tenses nos elementos laje e viga

29ResultadosResultados experimentais e numricos das vigas mistasFigura 26: Fora mxima experimental, analtico e numrico obtidos para as vigas

30ResultadosResultados experimentais e numricos das vigas mistas Figura 27: Resultado final aps o ensaio experimental e numrico31

ResultadosResultados experimentais e numricos das vigas mistas Figura 28: Diagrama de tenses32

ConclusoResultados experimentais e numricos das vigas mistas

Pode se concluir que os conectores de cisalhamento apresentaram ductilidade e resistncia compatveis com a requerida pelas vigas mistas analisadas.Do ponto de vista construtivo, os conectores so facilmente soldados ao perl, facilitando portanto a industrializao do sistema.Os valores encontrados analiticamente e por meio da modelagem numrica se mostraram bastante coerentes para descrever o comportamento estrutural das vigas.

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