UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

ANLISE EXPERIMENTAL DE TRELIAS MISTAS

COM PERFIS TUBULARES

SINEVAL ESTEVES PEREIRA JUNIOR

ORIENTADORA: Prof. Dr. Arlene Maria Sarmanho Freitas

Dissertao apresentada ao Programa de

Ps-graduao do Departamento de

Engenharia Civil da Escola de Minas, da

Universidade Federal de Ouro Preto, como

parte integrante dos requisitos para

obteno do ttulo de Mestre em

Engenharia Civil, rea de concentrao:

Construo Metlica.

Ouro Preto-MG

Dezembro, 2011

Catalogao: sisbin@sisbin.ufop.br

P436a Pereira Junior, Sineval Esteves.

Anlise experimental de trelias mistas com perfis tubulares

[manuscrito] / Sineval Esteves Pereira Junior - 2011.

xvii, 76f.: il. color.; graf.; tab.

Orientadora: Prof Dr Arlene Maria Sarmanho Freitas.

Dissertao (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de

Minas. Departamento de Engenharia Civil. Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Civil.

rea de concentrao: Construo Metlica.

1. Estruturas metlicas - Teses. 2. Trelias (Construo civil) - Teses.

3. Perfis tubulares - Teses. 4. Ligaes metlicas - Teses. 5. Vigas - Teses.

I. Freitas, Arlene Maria Sarmanho. II. Universidade Federal de Ouro Preto.

III. Ttulo.

CDU: 624.014.2:624.072.22

CDU: 669.162.16

mailto:Sisbin@sisbin.ufop.br

ii

iii

Aos meus pais, Sineval

e Martha, e minha

noiva, Aline, pelo amor

e cumplicidade.

iv

Agradecimentos

A JESUS, por ser meu caminho, minha verdade e minha vida.

Aos meus pais pelo amor, afeto e pacincia.

Ao meu irmo Rodrigo pelo carinho.

Aline pelo amor, companheirismo e incentivo em todos os momentos.

Aos funcionrios do laboratrio, Joo, Sr. Osvaldo e Dequinha pelo trabalho

competente durante o ensaio experimental.

A todos os funcionrios e colegas do PROPEC pelo auxlio e ateno.

Ao professor Joel Donizete pela ajuda fundamental no desenvolvimento da pesquisa.

professora Arlene pela orientao de todo trabalho realizado.

Capes e V&M do Brasil pelo apoio e financiamento desta pesquisa.

v

Resumo

Este trabalho consiste na apresentao e na descrio de estudos do comportamento de

vigas mistas treliadas fabricadas em perfis tubulares circulares nas diagonais e nos

montantes e retangulares nos banzos superior e inferior. O desenvolvimento deste

estudo baseia-se em uma anlise terica, fundamentada em prescries normativas,

pesquisas na rea e em ensaio experimental com prottipo de uma viga mista treliada

em escala real. O ensaio experimental foi realizado no Laboratrio de Estruturas Prof.

Altamiro Tibiri Dias do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal

de Ouro Preto. O programa experimental objetivou avaliar a influncia das ligaes

entre os elementos da trelia no comportamento global do sistema misto, a eficincia

dos perfis tubulares de seo circular/retangular, alm de monitorar o comportamento

dos conectores de cisalhamento que garantem a ao conjunta entre o perfil de ao e o

concreto. O modelo foi desenvolvido para avaliar o desempenho do sistema misto e

determinar a resistncia ltima de cada estado limite comparando resultados

encontrados na anlise terica com resultados experimentais. Os resultados

experimentais indicaram falha no conector de cisalhamento, seguido de escoamento no

n da ligao e posterior colapso do banzo tracionado. Assim, os conectores de

cisalhamento, apresentando o primeiro modo de colapso, provocaram a perda de

conexo entre a laje de concreto e o banzo superior, gerando elevados deslocamentos,

caracterizando ruptura completa do sistema.

vi

Abstract

This work presents and describes studies of deportment beams composite of concrete

slab and steel trusses made of circular hollow sections for the braces members, and

rectangular hollow section at the chords. The development of this study is based on a

comprehensive and detailed theoretical analysis, reasoned on standards codes

prescriptive and studies by various researchers, and experimental study prototype of a

beam truss at real scale. The research was conducted at the Laboratory of Structures

"Prof. Altamiro Tibiri Dias" of the Department of Civil Engineering at the Federal

University of Ouro Preto. The experimental program aimed at evaluating the influence

of joints between elements of the truss in the global behavior of the composite system,

the efficiency of the circular/rectangular hollow section, and monitor the behavior of

shear connectors to ensure joint action between the steel beam and concrete slab. The

model was developed to evaluate the performance of the composite system and

determine the ultimate strength of each limit state analysis comparing the theoretical

results with experimental results. Experimental results indicated failure in the shear

connector, followed local yielding in the nodal joint and subsequent collapse of the

tension bottom chord. Thus, the shear connectors, presenting the first failure mode,

caused loss of connection between the concrete slab and the top chord, generating high

displacements, featuring complete rupture of the system.

vii

Sumrio

1. INTRODUO ...................................................................................................... 1

1.1. Consideraes iniciais ...................................................................................... 1

1.2. Vigas Mistas Treliadas.................................................................................... 2

1.3. Estudos bibliogrficos ...................................................................................... 3

1.4. Objetivo ............................................................................................................ 8

1.5. Justificativa ....................................................................................................... 8

1.6. Descrio do trabalho ....................................................................................... 9

2. ANLISE TERICA (PRESCRIES PARA DIMENSIONAMENTO DE

TRELIAS MISTAS E DOS SEUS ELEMENTOS) ................................................ 10

2.1. Ligaes .......................................................................................................... 10

2.1.1. Excentricidade e afastamento ..................................................................... 12

2.1.2. Modos de Falha .......................................................................................... 15

2.1.3. Dimensionamento das ligaes .................................................................. 17

2.1.3.1. Parmetros de dimensionamento ........................................................ 17

2.1.3.2. Limitaes de dimensionamento ........................................................ 19

2.1.3.3. Resistncia ltima .............................................................................. 20

2.2. Elementos de barra ......................................................................................... 21

2.2.1. Dimensionamento das barras ...................................................................... 22

2.2.1.1. Barras submetidas fora axial de trao .......................................... 22

2.2.1.2. Barras submetidas fora axial de compresso ................................. 22

2.3. Laje de concreto.............................................................................................. 23

2.3.1. Espessura da laje ......................................................................................... 23

2.3.2. Resistncia do concreto .............................................................................. 24

2.3.3. Controle de fissuras Armadura mnima de trao ................................... 25

2.3.4. Resistncia ltima da laje de concreto ........................................................ 26

2.4. Conectores de cisalhamento ........................................................................... 26

2.4.1. Dimensionamento dos conectores .............................................................. 27

2.5. Seo mista ..................................................................................................... 27

2.5.1. Largura efetiva ............................................................................................ 28

2.5.2. Resistncia ltima da seo mista .............................................................. 29

viii

2.5.2.1. Interao completa .............................................................................. 29

2.5.2.2. Deslocamentos verticais Anlise elstica ........................................ 30

3. PROGRAMA EXPERIMENTAL ...................................................................... 32

3.1. Introduo ....................................................................................................... 32

3.2. Prottipo ensaiado .......................................................................................... 32

3.2.1. Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao .................................. 32

3.2.2. Propriedades fsicas e geomtricas da laje de concreto .............................. 37

3.3. Montagem Experimental ................................................................................ 39

3.3.1. Sistema de apoio e conteno lateral do prottipo ..................................... 39

3.3.2. Sistema de aplicao do carregamento ....................................................... 41

3.4. Estudo qualitativo da distribuio de tenses ................................................. 42

3.5. Instrumentao................................................................................................ 42

3.5.1. Sistema de Aquisio de Dados ................................................................. 45

3.6. Metodologia do ensaio ................................................................................... 45

4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS 47

4.1. Consideraes iniciais .................................................................................... 47

4.2. Apresentao e anlise dos resultados das diagonais mais solicitadas ........... 48

4.3. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo superior .. 49

4.4. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo inferior.....51

4.5. Monitoramento na interface ao-concreto ...................................................... 52

4.6. Apresentao e anlise dos resultados nas armaduras .................................... 53

4.7. Apresentao e anlise dos resultados na laje de concreto ............................. 54

4.8. Apresentao e anlise de tenses na placa de ligao do apoio.................... 55

4.9. Apresentao e anlise dos resultados nas ligaes ....................................... 55

4.10. Apresentao e anlise dos resultados no conector de cisalhamento ............. 57

4.11. Monitoramento dos deslocamentos ................................................................ 58

4.12. Anlise qualitativa dos resultados experimentais ........................................... 63

5. ANLISE DA ESTRUTURA MISTA ................................................................ 64

5.1. Introduo ....................................................................................................... 64

5.2. Anlise de desempenho do sistema misto atravs dos conectores de

cisalhamento ............................................................................................................... 64

5.3. Anlise de desempenho da trelia metlica atravs da resistncia do banzo

inferior.........................................................................................................................66

ix

5.4. Anlise da influncia das ligaes na resistncia da viga treliado ............... 67

6. CONSIDERAES FINAIS ............................................................................... 71

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ....................................................................... 74

x

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1.1: Ponte Rodoferroviria, Rio Paran ............................................................ 1

FIGURA 1.2: Tipos de vigamentos utilizados em estrutura mista: (a) Viga em alma

cheia; (b) Viga treliada ................................................................................................... 2

FIGURA 1.3: Vigas mistas treliadas com perfil tubular para piso ................................. 3

FIGURA 2.1: Trelia compostas de perfis tubulares: (a) ligaes do tipo K, T e

KT; (b) Propriedades geomtricas da seo transversal (MENDES, 2008) ............... 11

FIGURA 2.2: Ligao tipo "K":(a) Ligao tipo "K" com gap; (b) Ligao tipo "K"

com overlap; (c) Ligao tipo "K" com excentricidade nula .........................................12

FIGURA 2.3: Modos de falha PN (2011).................................................................... 16

FIGURA 2.4: Parmetros e convenes PN (2011) .................................................... 18

FIGURA 2.5: Vigas metlicas com conectores de cisalhamento: (a) Conector com perfil

U laminado; (b) Conector tipo stud bolt. ........................................................................ 27

FIGURA 2.6.: Largura efetiva ........................................................................................ 28

FIGURA 2.7: Distribuio de tenses em trelia mista com interao completa NBR

8800(2008) ..................................................................................................................... 30

FIGURA 3.1: Dimenses e caractersticas fsicas da trelia de ao: (a) Dimenses da

placa de apoio; (b) Dimenses da base de apoio; (c) Dimenses dos conectores de

cisalhamento ................................................................................................................... 35

FIGURA 3.2: Posicionamento das chapas de reforos nodais: (a) Chapas de reforo 2;

(b) Chapas de reforo 1 (extremidades) e chapas de reforo 3 (central) ........................ 36

FIGURA 3.3: Viga treliada sobre apoios no laboratrio de estruturas Prof. Altamiro

Tibiri Dias ................................................................................................................... 37

FIGURA 3.4: Armao da laje de concreto ................................................................... 38

FIGURA 3.5: Estrutura de escoramento da laje de concreto ......................................... 38

FIGURA 3.6: Concretagem da laje no laboratrio de estruturas Prof. Altamiro Tibiri

Dias: ............................................................................................................................... 39

FIGURA 3.7: Sistema de apoio e contenes laterais da viga mista: (a) Aparelho de

apoio; (b) Contenes laterais da viga metlica; (c) Contenes laterais da laje ........... 40

FIGURA 3.8: Sistema de aplicao dos carregamento: (a) Atuadores hidrulicos sobre a

laje; (b) Posicionamento dos atuadores hidrulicos ....................................................... 41

xi

FIGURA 3.9: Frao do modelo da trelia mista em elementos finitos (MARTINS,

2011) ............................................................................................................................... 42

FIGURA 3.10: Mdulos de aquisio de dados Spider 8 .............................................. 45

FIGURA 3.11: Esquema de aplicao de carga simultnea: (a) Atuadores manuais; (b)

Aplicao simultnea de carregamento; (c) Equipamento de projeo de imagem; (d)

Projeo dos dados ......................................................................................................... 46

FIGURA 4.1.: Esquema de orientao para localizao dos pontos de instrumentao

(a) Vista frontal de montagem experimental; (b) Esquema de orientao para

localizao dos pontos de instrumentao ...................................................................... 48

FIGURA 4.2: Grfico carga x deformao especfica das diagonais A e L ................... 49

FIGURA 4.3: Grfico carga x deformao especfica do banzo superior - N 6 .......... 50

FIGURA 4.4: Grfico carga x deformao especfica do banzo inferior N 7 ........... 51

FIGURA 4.5: Grfico carga x deformao especfica no banzo superior - interface ao-

concreto .......................................................................................................................... 52

FIGURA 4.6: Grfico carga x deformao especfica das armaduras ........................... 53

FIGURA 4.7: Grfico carga x deformao especfica da laje de concreto .................... 54

Figura 4.8: Grfico carga x tenso de von Mises da placa de ligao do apoio ............ 55

FIGURA 4.9: Grfico carga x tenso de von Mises na ligao 6 .................................. 56

FIGURA 4.10: Grfico carga x deformao de von Mises na ligao 8 ........................ 57

FIGURA 4.11: Grfico carga x deformao de von Mises do conector de cisalhamento

........................................................................................................................................ 58

FIGURA 4.12: Grfico carga x deslocamento vertical .................................................. 59

FIGURA 4.13: Grfico carga x deslocamento vertical da laje de concreto ................... 60

FIGURA 4.14: Grfico carga x deslocamento horizontal da laje de concreto ............... 60

FIGURA 4.15: Grfico carga x deslocamento da laje de concreto ................................ 61

FIGURA 4.16: Efeitos do deslizamento da laje monitorado pelo DEF1: (a)

Posicionameto do defletmetro DEF1; (b) Primeiros sinais do deslizamento da laje ... 62

FIGURA 4.17: Grfico carga x deslocamento dos apoios ............................................. 62

FIGURA 5.1: Descolamento entre a laje de concreto e a trelia metlica ..................... 65

FIGURA 5.2: Flexo da viga treliada mista ................................................................. 67

FIGURA 5.3: Representao em elementos finitos das tenses na ligao

instrumentada da trelia de ao: (a) Vista geral; (b) vista da parede superior do banzo

inferior (NUNES, 2011). ................................................................................................ 68

xii

FIGURA 5.4: Representao dos resultados da ligao "K" em elementos finitos da

carga de compresso da diagonal versus a deformao na parede do banzo (NUNES,

2011). .............................................................................................................................. 69

FIGURA 5.5: Chapas de reforo da ligao 9 ................................................................ 69

xiii

LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1: Correspondncia entre classe de agressividade e qualidade do concreto

NBR 6118 (2004) ........................................................................................................... 24

TABELA 2.2: Correspondncia entre classe de agressividade ambiental e recobrimento

nominal para c = 10 mm NBR 6118 (2004) ............................................................. 24

TABELA 3.1: Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao .............................. 33

TABELA 3.2: Instrumentao utilizada ......................................................................... 43

TABELA 3.2: Instrumentao utilizada (continuao) .................................................. 44

TABELA 4.1: Resultados das deformaes especficas mximas no banzo superior. .. 49

TABELA 5.1: Limite terico e experimental das cargas aplicadas ............................... 66

xiv

LISTA DE SMBOLOS

a) Letras romanas maisculas

A0 - rea da seo transversal do banzo

Act rea efetiva da laje de concreto

Ag - rea bruta da seo transversal

As - rea de armadura

AV - rea efetiva de cisalhamento no banzo

Ccd fora resistente de clculo da espessura comprimida da laje de concreto

E, Ea - mdulo de elasticidade do ao

Ec - mdulo de elasticidade secante do concreto

Et Mdulo tangente

F Fora aplicada

I - momento de inrcia da seo transversal

K - coeficiente de flambagem de barras comprimidas

Kn - fator de reduo da resistncia devido carga no banzo

L - comprimento do elemento

MRd - momento fletor resistente de clculo

MSd - momento fletor solicitante de clculo

M0,sd - Momento fletor solicitante de clculo da ligao

N0,Rd - resistncia da fora axial devido ao cisalhamento na seo transversal do banzo

na regio do afastamento

N0,Sd - fora axial solicitante de clculo no banzo

Nc,Rd - fora axial de compresso resistente de clculo

Nc,Sd - fora axial de compresso solicitante de clculo

Ne fora axial de flambagem elastica

Ni,Rd - resistncia de escoamento levando em conta a plastificao do banzo a partir da

diagonal/montante i

Nt,Rd - fora axial de trao resistente de clculo

Nt,Sd - fora axial de trao solicitante de clculo

Q - fator de reduo total associado flambagem local

R - Resistncia da ligao

xv

Rd - Resistncia de clculo

Sd - Esforo solicitante

Tad fora resistente de clculo da regio tracionada da laje de concreto

Vpl,Rd - resistncia ao cisalhamento de uma seo

VSd - maior valor absoluto da fora transversal atuante no banzo

W0 Mdulo de resistncia elstica da seo transversal do banzo

b) Letras romanas minsculas

a - espessura da regio comprimida da laje

b largura efetiva da laje

b0 - largura do tubo retangular do banzo

beff - largura efetiva para o clculo da resistncia da barra

be,p- largura efetiva para o clculo da resistncia do banzo ao cisalhamento

bi - largura do tubo quadrado e retangular da barra i

c - cobrimento da armadura em relao face do elemento

d altura til; distncia; dimenso mxima do agregado grado

di - dimetro externo da seo transversal do tubo i

e - excentricidade das ligaes

fck resistncia caracterstica do concreto compresso

fcd resistncia de clculo do concreto compresso

fct,ef resistncia mdia trao efetiva do concreto

fu - tenso de ruptura trao do ao

fy - tenso de escoamento do ao

fy0 tenso de escoamento do ao que constitui o banzo

fyd resistncia de clculo ao escoamento do ao

fyi tenso de escoamento do ao que constitui as diagonais/montante

fys resistncia ao escoamento do ao da armadura

g - afastamento entre as barras secundrias na face do banzo para ligaes K e KT

afastada

ga - afastamento entre as barras secundrias na face do banzo menos duas vezes a

espessura do p da solda, para ligaes K e KT afastada

h0 - altura do tubo retangular do banzo

i - ndice que indica o nmero da barra:

xvi

i = 0representa o banzo

i = 1representa a diagonal comprimida das ligaes

i = 2representa a diagonal tracionada das ligaes

i = 3representa o montante

k - coeficiente

l comprimento do vo

n nmero (quantidade); parmetro

t0 espessura parede do banzo

tc espessura da laje de concreto

tf espessura da mesa

ti - espessura da parede do tubo i

ts espessura da solda

tw espessura da alma

wk abertura caracterstica de fissuras

y distncia

c) Letras gregas maisculas

- somatrio

d) Letras gregas minsculas

- coeficiente utilizado para determinar a rea efetiva de cisalhamento da barra

principal;

E relao entre o mdulo de elasticidade do ao e o mdulo de elasticidade do

concreto

- razo entre os dimetros dos membros e a largura do banzo

- deformao

- relao entre o dimetro ou largura da seo transversal da barra principal de uma

ligao K e o dobro de sua espessura; coeficiente de ponderao da resistncia ou das

aes

M- coeficiente de minorao da resistncia

s- coeficiente de majorao da fora aplicada

xvii

- relao entre a altura da diagonal ou montante no plano da estrutura e a largura do

banzo

i - ngulo entre diagonal e banzo

- dimetro

0 ndice de esbeltez reduzido

0,Sd - mxima tenso de compresso no banzo

p,Sd - tenso de compresso no banzo descontando a contribuio dos membros

fator de reduo associado compresso

1

CAPTULO 1

1. INTRODUO

1.1. Consideraes iniciais

Os sistemas mistos ao-concreto tm ampla utilizao na construo metlica porque

apresentam solues eficientes e econmicas em projetos estruturais. A associao de

um perfil metlico com elementos de concreto amplia consideravelmente a resistncia

do sistema estrutural, permitindo vencer grandes vos com economia de material.

A viga mista treliada uma alternativa muito aplicada em obras de edifcios e pontes

(FIGURA 1.1) por apresentar reduo do peso prprio da estrutura, acrscimo de

resistncia e de rigidez e diminuio do consumo de material, propiciados pela

combinao dos elementos de ao e de concreto. O trabalho em conjunto de um perfil

metlico com a laje de concreto feito por meio de conectores de cisalhamento que iro

absorver os esforos cisalhantes horizontais que se desenvolvem na interface da laje

com o banzo superior da trelia.

FIGURA 1.1: Ponte Rodoferroviria, Rio Paran

Disponvel em:

Acesso em: 27 dez. 2010

2

1.2. Vigas Mistas Treliadas

Viga mista a associao de um perfil metlico com a laje de concreto. Essa

combinao busca utilizar as melhores caractersticas de cada material, como elevada

resistncia compresso do concreto e alta resistncia trao do ao. A utilizao

desse sistema, no Brasil, vem crescendo de forma considervel em virtude de suas

variadas solues, tima viabilidade econmica e eficientes resultados de segurana

estrutural.

As vigas mistas treliadas compostas por perfis de seo transversal tubular

(FIGURA 1.2b) apresentam algumas vantagens em relao ao perfil em alma cheia

(FIGURA 1.2a), como maior rigidez com menor peso prprio, possibilidade de vencer

vos maiores, alternativa para acomodar a passagem de dutos de vrias instalaes e

grande resistncia dos perfis tubulares ao esforo normal. Destaca-se que a trelia mista

representada na Figura 1.2b tem a configurao da que ser avaliada neste trabalho.

(a) Viga em alma cheia

(b) Viga treliada

FIGURA 1.2: Tipos de vigamentos utilizados em estrutura mista

O vigamento em trelias mistas possibilita vencer vos elevados entre 10m e 15m sem a

necessidade de pilares intermedirios. mais econmico do que o sistema que utiliza

perfis laminados ou soldados (QUEIROZ, 2001) por apresentar maior momento de

inrcia, diminuindo os valores de flecha. O perfil tubular, em funo da geometria da

seo transversal, possui grande resistncia aos esforos axiais, sendo eficiente na sua

utilizao em sistemas treliados. A eficincia deve-se ao fato de que as trelias so

predominantemente submetidas a esforos normais. Tais perfis so ideais para serem

utilizados nesses elementos.

3

Na viga mista treliada, o momento fletor provoca tenses de compresso na laje de

concreto e de trao no banzo inferior da trelia. Os conectores de cisalhamento so

importantes dispositivos mecnicos responsveis por garantir o trabalho em conjunto

dos elementos de ao e concreto. Soldado no banzo superior da trelia, o conector deve

absorver os esforos cisalhantes longitudinais que se originam na interface ao-

concreto. Vrios tipos de conectores vm sendo desenvolvidos segundo critrios de

segurana e economia para atender a diversas necessidades construtivas. No Brasil, os

mais utilizados so o Stud bolt (conector tipo pino com cabea) e o conector em perfil

de seo transversal U laminado.

A aplicao de trelias mistas planas em vigamentos para piso (FIGURA 1.3) tem se

tornado mais usual na construo civil. O desenvolvimento de novos estudos propicia

uma evoluo tecnolgica cada vez mais especfica na utilizao de sistemas treliados

para piso. Neste trabalho, foi analisado o comportamento global de vigas planas

treliadas mistas confeccionadas em perfis tubulares circulares nas diagonais e nos

montantes e retangulares nos banzos, observando a influncia dos efeitos localizados

causados pelos carregamentos.

FIGURA 1.3: Vigas mistas treliadas com perfil tubular para piso

1.3. Estudos bibliogrficos

A crescente utilizao de sistemas mistos na construo civil tem motivado o

surgimento de vrias pesquisas. Estudos complexos foram desenvolvidos para anlise e

dimensionamento de elementos estruturais metlicos ou de concreto, trabalhando de

forma isolada ou conjunta em um sistema misto para determinar o comportamento da

ao conjunta do perfil de ao e o concreto. Entre os diversos estudos realizados at o

4

momento, pode-se destacar a seguir alguns trabalhos e prescries normativas que

foram utilizadas nesta pesquisa:

AISC American Institute of Steel Construction: Hollow structural section connections

(2010) - Guia normativo que determina condies de projeto para ligaes de elementos

das estruturas de seo transversal tubular.

ASCE American Society of Civil Engineers: Task Committee on design criteria for

composite structures in steel and concrete (2004) - Apresenta especificaes para o

dimensionamento de trelias mistas, tanto para os estados limites ltimos como para os

estados limites de utilizao, incluindo exemplos prticos de dimensionamento.

CAN/CSA S16-01 Canadian Standard Association: Limit States Design of Steel

Structures (2003) - Estabelece critrios e requisitos para concepo, fabricao e

montagem de estruturas de ao. A norma baseada no mtodo dos estados limites e

determina critrios de dimensionamento de componentes de ao estrutural e apresenta

critrios de dimensionamento da seo mista.

CIDECT 3 Design guide for rectangular hollow section (RHS) joinst under

predominantly static loading (2009) - Publicao baseada no resultado de vrios

programas de pesquisas tericas e experimentais, prescreve orientaes de projetos de

estruturas metlicas tubulares, observando a influncia da variao de vrios

parmetros.

EUROCODE 3 Design of steel structures (2005) - Dimensionamento de estruturas

metlicas apresentando mtodos de anlises estruturais, que so considerados os efeitos

das deformaes geomtricas e materiais de comportamento no linear.

EUROCODE 4 Design of composite steel and concrete structures (2004) Determina

prescries e critrios para projetos de estruturas mistas em ao e concreto.

NBR 6118 Projetos de estruturas de concreto (2004) - Estabelece os requisitos e

procedimentos gerais a serem atendidos para projeto de estruturas de concreto.

NBR 8800 Projeto de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e concreto de

edifcios (2008) - Apresenta prescrio normativa para elaborao de projetos de

estruturas de ao e estruturas mistas. Com base no mtodo dos estados limites, fornece

5

um conjunto de orientaes para dimensionamento, desenhos, especificaes de

fabricao e de montagem de estruturas de ao e mistas.

PN Tubos (2011) Projeto de norma elaborado pela comisso de estruturas de ao do

Comit Brasileiro de Construo Civil, o qual define os princpios que regem o projeto

de estruturas de ao e mistas de ao e concreto utilizando perfis tubulares.

Chien e Ritchie (1984) desenvolvem estudos de sistemas treliados mistos observando a

contribuio da laje de concreto na resistncia aos esforos cisalhantes. Durante o

estudo, foi proposto um modelo simplificado para anlise estrutural de trelias mistas

com ns rotulados, desconsiderando as excentricidades das ligaes. Considerou-se a

transformao da rea efetiva da laje de concreto numa rea equivalente de ao,

configurando uma anlise de prtico plano para a viga mista.

Uma proposta de dimensionamento de uma trelia mista com uma laje de concreto com

uma forma metlica incorporada baseada em critrios estabelecidos pela British

Standard BS 5950 apresentada em Merrill(1992), dando sugestes de anlises da

transformao da rea efetiva da laje de concreto numa rea equivalente de ao.

Maurer e Kennedy (1994) possuem estudos experimentais para determinao da

capacidade resistente ao momento fletor de vigas mistas treliadas, analisando e

comparando os resultados com mtodos tericos e prescries da norma canadense CSA

Standard S16-94. A pesquisa tem relevantes detalhes do programa experimental, assim

como os resultados obtidos e as recomendaes para dimensionamento e

desenvolvimento de novos estudos.

Queiroz (2001) apresenta informaes e conceitos bsicos para projetos de estruturas

mistas e descreve caractersticas de vrios sistemas estruturais aplicveis aos projetos de

estruturas mistas ao-concreto. Os autores detalham princpios de dimensionamento e

utilizao prtica construtiva de todos os elementos utilizados nas estruturas mistas.

Wardenier (2001) expe aplicaes e caractersticas gerais das estruturas de seo

transversal tubular, mostrando as principais propriedades fsicas e geomtricas.

Apresenta tambm, estudos tericos realizados por meio do Comit International pour

le Dveloppementet l'Etude de la Construction Tubulaire CIDECT, que demonstra

exemplos de dimensionamento de ligaes entre elementos de trelias tubulares.

6

Em Samuelson (2002), tem-se um estudo avaliando as vantagens do sistema misto, com

casos histricos de projetos que utilizaram estruturas mistas e tiveram eficientes

resultados de segurana e grande viabilidade econmica.

Packer e Henderson (2007) apresentam vrios mtodos de dimensionamento de trelias

com uso de perfis tubulares, os modos de falha existentes nas ligaes e expe medidas

para aumentar a resistncia e combater o colapso. Packer e Henderson afirmam que,

para anlise estrutural, os ns das trelias devem ser rotulados sem transmisso de

momento fletor para as diagonais, quando forem atendidos certos limites de

excentricidade entre os elementos que compem os ns da trelia.

Machacek e Cudejko (2008) tm um trabalho experimental sobre a distribuio

longitudinal de esforos entre conectores ao longo de uma trelia plana em perfis

tubulares retangulares de ao associado laje de concreto. Nesse estudo, verifica-se

uma solicitao no uniforme entre os conectores de cisalhamento, sendo observada

uma concentrao de tenses elevada na regio dos ns da trelia. Durante as anlises

dos modelos numricos, utilizando o software ANSYS 11.0 (2009), calibrados com o

modelo experimental, foram verificadas numericamente mais de 30 variedades de

conectores, obtendo picos distintos de fluxos cisalhantes na interface ao-concreto

acima dos ns. Ao final do estudo, os autores concluram que os resultados

experimentais deram boa relao com os critrios prescritos pelo Eurocode 4 (2004) na

fase elstica, sendo considerado mais conservador no regime plstico. Observaram uma

concentrao de tenses cisalhantes transmitidas pelas diagonais aos ns superiores da

trelia.

Mendes (2008) desenvolve pesquisa terico-experimental de ligaes planas formadas

por perfis tubulares de ao, que incluram ensaios em laboratrio para determinao da

distribuio de tenses residuais no tubo retangular formado a frio componente do

banzo, alm da gerao de modelos numricos calibrados com resultados dos modelos

experimentais. Mendes concluiu que os valores das tenses residuais foram inferiores a

30% da tenso de escoamento do ao do perfil retangular, sugerindo que o ao do perfil

ensaiado havia sido submetido a tratamento trmico. Considerando os modos de falha, o

autor observou que, para ligaes que possuem o montante KT e T, em que

aplicando uma carga de 75% da carga aplicada nas diagonais; a plastificao do ao

ocorreu devido puno do montante no banzo, concluindo que a resistncia da ligao

7

est condicionada carga no montante. Para a ligao K, os resultados obtidos por

Mendes no foram satisfatrios, e os resultados para ligao do tipo KT no foram

conclusivos.

Mayor (2010) apresenta um estudo de ligaes soldadas do tipo K e KT formadas

por perfis tubulares sem costura, com banzos retangulares e diagonais e montantes

circulares. Com o objetivo de variar alguns parmetros geomtricos das ligaes K e

KT, em relao a estudos anteriores realizados por Mendes (2008), houve mudanas

na configurao geomtrica das peas a fim de obter uma nova sequncia de ensaios

dentro das prescries normativas do Eurocode 3 (2005). Mayor verificou uma boa

aproximao entre os modelos numricos e experimentais para as ligaes estudadas.

As ligaes tiveram como modo de ruptura a plastificao da face superior do banzo,

prximo s diagonais e s montantes, utilizando uma carga de 15% da carga aplicada

nas diagonais, no montante; o que demonstra que quanto maior a carga no montante,

menor a resistncia da ligao.

Martins e Freitas (2010) expem estudos numricos com trelias mistas compostas por

perfis metlicos tubulares, associadas a uma laje de concreto macia. O trabalho

consiste na anlise em elementos finitos de dois modelos numricos utilizando dois

mtodos de anlise estrutural. No primeiro modelo, Martins e Freitas usam elementos

de barra para discretizao dos elementos dos elementos estruturais. No segundo,

empregado um elemento finito tridimensional para modelagem da laje, que melhor

representava a no-linearidade do concreto, considerando efeitos como a fissurao e o

esmagamento na regio comprimida. Os autores concluram que os modelos

apresentaram bons resultados, principalmente a segunda modelagem que forneceu

resultados definidos e confiveis simulando de forma mais eficiente a perda de

estabilidade da estrutura por plastificao da parede do banzo inferior.

Lima, Freitas e Vellasco (2011) utilizam os resultados de modelos experimentais

realizados por Mayor (2010) com prottipos do tipo KT para desenvolver trabalhos

de calibrao de modelos numricos, empregando o programa de elementos finitos

ANSYS (2010). Com base na calibrao desses modelos, foi possvel realizar uma

anlise paramtrica de perfis tubulares disponveis no mercado e verificar o estado

limite ltimo das ligaes em funo das prescries fornecidas pelo Eurocode 3

(2003).

8

1.4. Objetivo

O objetivo deste trabalho avaliar o comportamento experimental de vigas mistas

treliadas planas confeccionadas em perfis laminados tubulares circulares nas diagonais

e montantes e retangulares no banzo superior e inferior com laje de concreto armado

convencional e conectores de cisalhamento laminados tipo U. A pesquisa envolve

uma anlise experimental cujos resultados so analisados considerando os estados

limites previstos em normas de projeto. Os estudos avaliaram a influncia das ligaes

entre os elementos da trelia no comportamento global do sistema misto, a eficincia

dos perfis tubulares de seo circular e retangular e monitoramento do comportamento

dos conectores de cisalhamento que garantem a ao conjunta entre o perfil de ao e o

concreto. Com os resultados obtidos, pode-se analisar o comportamento do sistema

contribuindo para o seu entendimento, visando a dar subsdios a novas metodologias de

projeto.

1.5. Justificativa

As vigas mistas treliadas foram objeto de estudo de vrias pesquisas anteriores que

analisaram o comportamento da estrutura segundo a variao de parmetros

geomtricos e mecnicos, a fim de obter resultados satisfatrios de resistncia e

economia. Estudos realizados anteriormente no Laboratrio de Estruturas Prof.

Altamiro Tibiri Dias (DECIV/UFOP) avaliaram os tipos de ligaes com perfis

tubulares, a resistncia das mesmas e a influncia dos processos de fabricao do ao

sobre sua resistncia. Os experimentos utilizaram prottipos de ligaes do tipo K,

T e KT presentes em viga treliada e visaram anlise detalhada dos modos de

falha das ligaes (MENDANHA, 2006; MENDES, 2008; MAYOR, 2010; NUNES,

2011). Tornou-se necessrio uma anlise terico-experimental da viga mista treliada

em escala real, com todos os seus elementos atuando em conjunto para obter uma

resposta mais realista do sistema estrutural completo. Para desenvolvimento do modelo

experimental foram utilizados resultados de estudos experimentais e numricos j

realizados.

9

1.6. Descrio do trabalho

Este trabalho est dividido em seis captulos. O captulo 2 apresenta um estudo das

prescries para dimensionamento de trelias mistas e seus elementos, expondo as

caractersticas, parmetros e limitaes de resistncia estabelecidas por estudos tericos

realizados por diferentes autores e normas de projeto.

O captulo 3 cumpre a descrio completa do programa experimental, mostrando as

caractersticas fsicas e geomtricas do prottipo ensaiado, metodologia e procedimento

para realizao do ensaio de laboratrio. Relata os detalhes mais relevantes da

montagem experimental e componentes aplicados, como instrumentao, sistema de

aquisio de dados, equipamentos para aplicao de carga e aparelhos de apoio, a fim de

descrever toda sequncia executada durante o trabalho prtico. Relata o processo

utilizado para definio dos pontos de instrumentao, assim como a localizao de

cada elemento, possibilitando a compreenso dos resultados exposto no captulo

seguinte.

No quarto captulo, tem-se a apresentao dos resultados experimentais obtidos e

anlise qualitativa dos grficos com base na avaliao do monitoramento contnuo dos

elementos. proposto um sistema de orientao para localizao de cada ponto de

instrumentao capaz de identificar os sinais de assimetria do comportamento estrutural

do modelo.

O quinto captulo descreve a anlise global da estrutura mista a partir do desempenho

dos elementos estruturais e avaliando a influncia da perda de estabilidade localizada na

resistncia da estrutura.

No captulo 6, so feitas as consideraes finais do trabalho experimental, promovendo

sugestes para projetos de estruturas mistas e propondo a realizao de estudos

complementares.

10

CAPTULO 2

2. ANLISE TERICA (PRESCRIES PARA

DIMENSIONAMENTO DE TRELIAS MISTAS E DOS SEUS

ELEMENTOS)

2.1. Ligaes

As trelias planas confeccionadas em perfis tubulares apresentam concepo estrutural

de cargas aplicadas nos ns e esforos axiais nos elementos. Este modelo estrutural

produz efeitos localizados sobre os ns (conexes entre elementos) que exigem uma

anlise detalhada do processo de dimensionamento das ligaes. H diferentes tipos de

configuraes de ligaes entre os componentes da trelia que atendem vrias

exigncias estruturais.

Este trabalho aborda uma trelia com ligaes do tipo K, T e KT conforme a

Figura 2.1 que tem a nomenclatura da geometria utilizada.

As anlises realizadas adotam as prescries do Eurocode 3 (2005), Cidect 3 (2009) e

do projeto de norma de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e concreto de

edificaes com perfis tubulares (PN, 2011), similar ao Eurocode 3 (2005).

11

(a)

(b)

FIGURA 2.1: Trelia composta de perfis tubulares: (a) ligaes do tipo K, T e KT;

(b) Propriedades geomtricas da seo transversal (MENDES, 2008)

12

Onde:

= largura do banzo

= altura do banzo

= espessura da chapa que constitui o banzo

= dimetro das diagonais/montante

= espessura da chapa que constitui as diagonais/montante

= ngulo entre o banzo e as diagonais/montante

g = gap afastamento entre as diagonais/montante

e = excentricidade entre as linhas de centro do banzo e o prolongamento da linha central

das diagonais/montante.

2.1.1. Excentricidade e afastamento

As ligaes do tipo K e KT podem ser qualificadas quanto ao posicionamento das

diagonais. Tais diagonais podem ser soldadas ao banzo com certo afastamento,

denominado gap (g); ou estarem sobrepostas, configurando uma ligao com overlap

como mostra a Figura 2.2. As duas disposies dos elementos podem gerar

excentricidades (e) responsveis por criar momento fletor que se distribui entre as barras

que compem o n, ocasionando perda de resistncia das ligaes.

(a) Ligao tipo K com gap. (b) Ligao tipo K com overlap

(c) Ligao tipo K com excentricidade nula

FIGURA 2.2: Ligao do tipo K

13

A excentricidade ocorre quando a interseo entre o eixo central das diagonais ou

montantes no coincide com o eixo central do banzo. A posio do ponto de interseo

define a excentricidade como sendo positiva, quando localizada abaixo do eixo central

do banzo; negativa, acima do eixo central do banzo; ou nula, quando a interseo dos

elementos concorre com o eixo central do banzo (FIGURA 2.2). A ligao do tipo T

no apresenta excentricidade.

Com base em prescries contidas no Eurocode 3 (2005) e Cidect (2009), a

excentricidade da ligao pode ser obtida pela equao 2.1, na qual a nomenclatura

apresentada na Figura 2.1.

2sin

sinsin

sin2sin2

0

21

21

2

2

1

1 hdde

(2.1)

O momento fletor originado pela excentricidade pode ser desprezado caso esteja dentro

dos limites indicados nas equaes 2.2 e 2.3 para sees circulares e retangulares,

respectivamente, estabelecidas pelo Eurocode 3 (2005) e pelo Cidect (2009).

00 25,055,0 ded (2.2)

00 25,055,0 heh (2.3)

Se os valores obtidos no estiverem dentro dos limites recomendados anteriormente

necessrio fazer a distribuio de momento fletor gerado pela excentricidade entre os

elementos que compem a ligao de acordo com a razo entre a inrcia do perfil

considerado I e o comprimento do elemento L (MAYOR, 2010) ou por meio da

anlise estrutural (PACKER, 2007).

Os valores de afastamento entre as diagonais para as ligaes do tipo K podem ser

calculados utilizando a equao 2.4, sendo que valores de afastamento negativos

correspondem a ligaes com sobreposio, e valores positivos so ligaes com

afastamento.

2

2

1

1

21

210

sin2sin2sinsin

sin

2

ddheg (2.4)

14

Para clculo da resistncia ltima, Eurocode 3 (2005), PN (2011) e Cidect (2009)

estabelecem limites para o afastamento das diagonais apresentados nas seguintes

equaes:

15,115,00b

g (2.5)

21 ttg (2.6)

Onde:

0

21

2b

dd (2.7)

Rautaruki (1998) tambm aponta um limite para o afastamento em funo do ag ,

definido como afastamento g menos duas vezes a espessura da solda, como indicado na

equao 2.8.

sa tgg 2 (2.8)

5,10

t

ga (2.9)

Onde st corresponde espessura da solda.

15

2.1.2. Modos de Falha

As ligaes entre elementos com perfis tubulares podem apresentar diferentes modos de

falha influenciados por critrios como geometria da ligao, dimensionamento dos

elementos componentes da ligao e condies de solicitao. Os tipos de modos de

falha so descritos a seguir e ilustrados na Figura 2.3.

Modo A Plastificao da face ou de toda a seo transversal do banzo junto a

diagonais ou montantes;

Modo B Plastificao, amassamento ou instabilidade da face lateral da seo

transversal do banzo junto a diagonais ou montantes sob compresso;

Modo C Plastificao ou instabilidade por cisalhamento do banzo junto a diagonais ou

montantes;

Modo D Ruptura por puno da parede do banzo na rea de contato com diagonais ou

montantes;

Modo E Ruptura ou plastificao na regio da solda ou flambagem localizada de

diagonais ou montantes devido distribuio no uniforme de tenso;

Modo F Flambagem localizada de diagonais ou montantes comprimidos ou do banzo,

na regio da ligao.

16

Modo Fora Axial Momento Fletor

A

B

C

D

E

F

FIGURA 2.3: Modos de falha PN (2011)

17

2.1.3. Dimensionamento das ligaes

O dimensionamento das ligaes com perfis tubulares est fundamentado no Mtodo

dos Estados Limites ltimos, em que a fora aplicada deve ser inferior resistncia de

projeto da ligao, considerando o coeficiente de majorao da fora aplicada ( ) e o

coeficiente de minorao da resistncia ( ) como descrito a seguir:

dd RS (2.9)

M

s

RF

(2.10)

Onde:

sd FS (2.11)

M

d

RR

(2.12)

dR = Resistncia de projeto da ligao;

dS = Esforo solicitante;

F = Fora aplicada;

R = Resistncia da ligao;

s , M = Coeficientes de segurana.

2.1.3.1. Parmetros de dimensionamento

Neste item, so descritos os parmetros de dimensionamento das ligaes do tipo K e

KT com afastamento, perfis tubulares retangulares no banzo, tubular circulares nas

diagonais e carregamento no plano das ligaes. As ligaes do tipo T no sero

dimensionadas por apresentar solicitaes desprezveis devido concepo estrutural da

trelia analisada neste trabalho. Os parmetros utilizados no procedimento de

dimensionamento so:

My

Sd

fn

,0 (2.13)

0

,0

0

,0

,0W

M

A

N SdSdSd (2.14)

18

0

0

2 t

b

(2.15)

0b

d i (2.16)

Onde:

= Mxima tenso de compresso solicitante de clculo no banzo em um

determinado n, causada pela fora e pelo momento ;

= tenso de escoamento do ao;

= coeficiente de segurana igual a 1,0;

= Fora axial solicitante de clculo no banzo que provoca a tenso ;

= Momento fletor solicitante de clculo da ligao;

= rea da seo transversal do banzo;

= Mdulo de resistncia elstica da seo transversal do banzo.

FIGURA 2.4: Parmetros e convenes PN (2011)

19

2.1.3.2. Limitaes de dimensionamento

Para determinao da capacidade resistente da ligao, as formulaes estabelecidas so

vlidas desde que sejam atendidas as condies limites de afastamento e excentricidade,

citadas anteriormente, e as exigncias restritivas de caractersticas fsicas e geomtricas

relacionadas a seguir:

A tenso de escoamento do ao usado na composio da pea no pode

exceder 460MPa;

A espessura da chapa no pode ser inferior a 2,5mm ou superior a 25mm;

As peas que compem a ligao no podem ter inrcia varivel;

O ngulo entre o banzo e as diagonais no pode ser inferior a 30.

Os limites de dimensionamento, segundo critrios geomtricos e de esbeltez dos

elementos que compem as ligaes do tipo K com afastamento, so:

0,25,00

0 b

h (2.17)

350

0 t

b (2.18)

350

0 t

h (2.19)

50i

i

t

d ( i=1,2) (2.20)

8,04,00

b

d i (i=1,2) (2.21)

yf

E

t

b 27,1

0

0 (2.22)

yf

E

t

h 27,1

0

0 (2.23)

yi

i

f

E

t

d 06,0 ( i=1,2) (2.24)

20

2.1.3.3. Resistncia ltima

A seguir, tem-se a avaliao, segundo o Eurocode 3 (2005) e o PN (2011), para as

ligaes K e KT para diversos modos de falha.

A anlise do sistema treliado descrito no item 2.6 mostra que, para esse mtodo de

carregamento, os esforos atuantes nos montantes so desprezveis. Em virtude do

sistema de carregamento e do modelo estrutural aplicado neste estudo, no sero

verificadas as ligaes do tipo T e KT considerando as prescries estabelecidas

pelo Cidect (2009), que define para situaes em que os montantes no so solicitados,

a ligao do tipo KT dever ser dimensionada como se fosse uma ligao do tipo K.

a) Verificao de ruptura quanto plastificao da parede do banzo por

compresso e/ou trao Modo de falha A

n

i

y

Rdi Kb

ddtfN

0

21

5,0

00

,2sin4

9,8

(i=1,2) (2.25)

Onde:

nKn

4,03,1 (Para n > 0; compresso) (2.26)

0,1nK (Para n < 0; trao) (2.27)

b) Verificao de colapso da diagonal por trao Modo de falha C

effiiiiyi

rdi bdtdtf

N

424

,

(i = 1,2) (2.28)

Onde:

i

iyi

iy

eff dtfb

dtfb

0

2

0010 (i = 1,2) (2.29)

21

c) Verificao de ruptura por puno da parede do banzo na rea de

contato com as diagonais e/ou montantes Modo de falha D

pei

i

i

i

y

Rdi bddtf

N ,0

,sin

2

sin34

( i= 1,2) (2.30)

i

i

pe bb

dtb

0

0

,

10 (i = 1,2) (2.31)

As formulaes 2.30 e 2.31 so vlidas quando atendido o seguinte critrio:

11 (2.32)

d) Verificao de ruptura quanto plastificao por cisalhamento do

banzo Modo E

i

vy

Rdi

AfN

sin3

0

,

(i = 1,2) (2.33)

2

,

00,0 14 Rdpl

sd

yvyvRdV

VfAfAAN

(2.34)

2.2. Elementos de barra

Os perfis em seo tubulares apresentam elevada resistncia ao esforo axial. As

diagonais componentes do sistema treliado, referente a este estudo, so elementos de

seo transversal circular, submetidos solicitao de compresso e trao com

processo de dimensionamento fundamentado nas prescries da NBR 8800 (2008).

22

2.2.1. Dimensionamento das barras

2.2.1.1. Barras submetidas fora axial de trao

Para o dimensionamento de barras de sees tubulares, deve ser atendida a seguinte

condio:

RdtSdt NN ,, (2.35)

1

,

a

yg

Rdt

fAN

(2.36)

Onde:

SdtN , = Fora axial de trao solicitada de clculo;

RdtN , = Fora axial de trao resistente de clculo;

gA = rea bruta da seo transversal da barra;

yf = Tenso de escoamento da barra;

1a = Coeficiente de ponderao da resistncia igual a 1,00.

2.2.1.2. Barras submetidas fora axial de compresso

Para o dimensionamento de barras de sees tubulares, devem ser seguidas as

condies:

RdcSdc NN ,, (2.37)

1

,

a

yg

Rdc

fAQN

(2.38)

20658,0 ( 5,10 ) (2.39)

2

0

877,0

( 0 >1,5) (2.40)

23

e

yg

N

fAQ 0 (2.41)

22

LK

IEN e

(2.42)

Onde:

SdcN , = Fora axial de compresso solicitante de clculo;

RdcN , = Fora axial de compresso resistente de clculo;

= Fator de reduo associado compresso;

Q = Fator de reduo total associado flambagem local igual a 1,0;

0 = ndice de esbeltez reduzido;

eN = Fora axial de flambagem elstica;

I = Momento de inrcia da seo transversal;

K = Coeficiente de flambagem por flexo, de elementos isolados, igual a 1,0;

L = Comprimento do elemento.

2.3. Laje de concreto

O dimensionamento da laje de concreto foi baseado em prescries normativas da NBR

6118 (2004), obedecendo aos requisitos gerais de qualidade da estrutura quanto

segurana ruptura, durabilidade e ao desempenho.

2.3.1. Espessura da laje

A NBR 6118 (2004) recomenda que as lajes macias tenham os seguintes limites

mnimos para espessura:

5cm para lajes de cobertura no em balano;

7cm para lajes de piso ou de cobertura em balano;

10cm para lajes que suportem veculos de peso total menor ou igual a 30kN;

12cm para lajes que suportem veculos de peso total maior que 30kN;

15cm para lajes com protenso apoiadas em vigas, l/42 para lajes de piso

biapoadas e l/50 para lajes de piso contnuas;

16cm para lajes lisas e 14cm para lajes-cogumelo.

24

2.3.2. Resistncia do concreto

Considerando uma classe de agressividade ambiental urbana moderada com risco de

deteriorao pequena (classe II), a durabilidade da estrutura segue as indicaes da

NBR 6118 (2004) que estabelece as seguintes correspondncias entre classe de

agressividade e qualidade do concreto de cobrimento da Tabela 2.1. Para o cobrimento

da armadura na laje de concreto, a norma prescreve as dimenses mnimas da Tabela

2.2.

TABELA 2.1

Correspondncia entre classe de agressividade e

qualidade do concreto NBR 6118 (2004)

Concreto

Classe de agressividade

I II III IV

Relao

gua/cimento

em massa

0,65

0,60

0,55

0,45

Classe de

concreto

C20

C25

C30

C40

TABELA 2.2

Correspondncia entre classe de agressividade ambiental e

recobrimento nominal para c = 10mm NBR 6118 (2004)

Tipo de estrutura

Classe de agressividade

I II III IV

Cobrimento nominal (mm)

Laje de concreto armado 20 25 35 45

Para o agregado grado, a norma determina que a dimenso mxima caracterstica

utilizada no concreto no pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento

conforme a equao 2.43:

nommx cd 2,1 (2.43)

25

2.3.3. Controle de fissuras Armadura mnima de trao

O controle da abertura das fissuras na laje de concreto determinado pela NBR 8800

(2008), que prescreve a equao 2.44 para o clculo da armadura mnima de trao sob

deformao imposta:

st

ctefctsc

s

AfkkkA

, (2.44)

0,13,0

21

1

0

y

tk

c

c (2.45)

ys

ck

kst ff

w

3/2

5,0810 (2.46)

Onde:

sA = rea de armadura;

ctA = rea efetiva da laje de concreto;

k = coeficiente de correo que leva em conta os mecanismos de gerao de tenses de

trao, igual a 0,8;

sk = coeficiente que leva em considerao o efeito de reduo da fora normal na laje

de concreto devido fissurao inicial e ao deslizamento local da ligao entre e o perfil

de ao, igual a 0,9;

ct = espessura da laje de concreto;

0y = distncia entre os centros geomtricos da laje de concreto e da seo mista

homogeneizada;

st = mxima tenso de trao permitida na armadura, imediatamente aps a ocorrncia

da fissurao;

kw = abertura mxima caracterstica das fissuras, dada a funo da agressividade

ambiental, igual a 0,3mm;

ckf = resistncia caracterstica do concreto compresso (MPa);

efctf , = resistncia mdia trao efetiva do concreto no instante em que forma as

primeiras fissuras (MPa);

26

= dimetro das barras da armadura no superior a 20mm;

ysf = resistncia ao escoamento do ao da armadura (MPa).

2.3.4. Resistncia ltima da laje de concreto

A resistncia de clculo do concreto com 28 dias dada pela equao 2.47:

c

ck

cd

ff

(2.47)

Onde:

c = Coeficiente de ponderao da resistncia no estado limite ltimo igual a 1,0.

Para determinao da resistncia ltima compresso da laje de concreto, deve ser

respeitada a seguinte condio:

dd SR (2.48)

2.4. Conectores de cisalhamento

Os conectores de cisalhamento, responsveis pela ao conjunta do perfil metlico e da

laje de concreto, transmitem os esforos longitudinais entre os dois elementos que se

originam na interface entre a viga metlica e a laje de concreto (VERSSIMO, 2007).

Alguns tipos usuais de conectores que foram avaliados por meio de estudos tericos e

ensaios experimentais, realizados por diversos pesquisadores, apresentaram resultados

eficientes em relao resistncia a fora de cisalhamento transmitida e ao

deslizamento relativo entre os elementos. Apresentam-se os conectores tipo pino com

cabea ou stud bolts e conectores em perfil U laminado como ilustra a Figura 2.5.

27

(a) Conector em perfil U laminado (b) Conector tipo stud bolt

FIGURA 2.5: Vigas metlicas com conectores de cisalhamento.

2.4.1. Dimensionamento dos conectores

O conector de cisalhamento utilizado na viga mista treliada referncia deste estudo o

conector tipo perfil U laminado, dimensionado com base em prescries da NBR8800

(2008). A fora resistente desse conector, com altura de seo transversal igual ou

superior a 75mm totalmente embutido em laje macia, dada pela equao 2.49:

cs

cckcswcsfcs

Rd

EfLttQ

5,03,0 (2.49)

Onde:

fcst = espessura da mesa do conector, tomada a meia distncia entre a borda livre e a

face adjacente da alma;

wcst = espessura da alma do conector;

csL = comprimento do perfil U,

cs = coeficiente de ponderao da resistncia do conector igual a 1,0.

2.5. Seo mista

O sistema misto consiste no trabalho em conjunto da laje de concreto com o perfil

metlico, no qual a laje de concreto contribui com a resistncia compresso. A NBR

8800 estabelece que, para o dimensionamento da viga treliada mista, sejam

28

consideradas apenas as contribuies da laje de concreto ao esforo de compresso e do

banzo inferior ao esforo de trao.

2.5.1. Largura efetiva

As tenses normais atuantes na laje sofrem variaes ao longo da sua largura onde a

tenso maior est localizada no eixo central e diminui medida que se afasta do centro.

Como a contribuio resistncia da laje no completa, a NBR 8800 fornece

expresses simplificadas que estabelecem valores mximos para a colaborao da laje

de concreto na resistncia do sistema misto.

FIGURA 2.6.: Largura efetiva

A largura efetiva b (FIGURA 2.6), de cada lado da linha de centro da viga, deve ser

igual ou menor aos seguintes valores:

1/8 do vo da viga mista;

metade da distncia entre a linha de centro da viga analisada e a linha de

centro da viga adjacente;

distncia da linha de centro da viga borda em balano.

29

2.5.2. Resistncia ltima da seo mista

Considerando as prescries da NBR 8800 (2008), a capacidade resistiva ao momento

fletor da viga mista determinada, a partir das propriedades da seo mista plastificada.

Adotando a distribuio plstica das tenses, conclui-se que a viga mista no sofrer

flambagem local pela presena da laje de concreto, adquirindo um comportamento de

uma viga compacta.

2.5.2.1. Interao completa

O clculo da resistncia ltima ao momento fletor nas vigas mistas com interao total

no admite deslizamento na interface ao-concreto. O momento fletor resistente

determinado pela plastificao do concreto ou da seo de ao.

A NBR 8800 (2008) prescreve que, para o dimensionamento de vigas mistas treliadas,

a interao entre a laje de concreto e o perfil metlico deve ser completa e a linha neutra

da seo plastificada deve estar na laje de concreto (FIGURA 2.7), representado pelas

equaes 2.50 e 2.51:

ydbicd fAabf 85,0 (2.50)

ydbiRd fAQ (2.51)

Obedecendo aos seguintes critrios:

abfC cdcd 85,0 (2.52)

ydbiad fAT (2.53)

bf

Ta

cd

ad

85,0 (2.54)

2dTM adRd (2.55)

Onde:

cdf = Resistncia de clculo do concreto compresso;

a = espessura da regio comprimida da laje;

b = largura efetiva da laje de concreto;

biA = rea do banzo inferior;

ydf = resistncia de clculo ao escoamento do ao;

30

RdQ = somatrio das foras resistentes de clculo dos conectores de

cisalhamento;

cdC = fora resistente de clculo da espessura comprimida da laje de concreto;

adT = fora resistente de clculo da regio tracionada do perfil de ao;

RdM = Momento fletor resistente de clculo;

2d = distncia entre as foras de trao e compresso na trelia mista.

b

a a/2

T

c

f

0,85f

d2

cd

ad

yd

cd

LNP

t c

FIGURA 2.7: Distribuio de tenses em trelia mista

com interao completa NBR 8800(2008)

2.5.2.2. Deslocamentos verticais Anlise elstica

Para a determinao da deflexo vertical, a NBR 8800 (2008) indica que os clculos

devem ser feitos no regime elstico, no qual as propriedades geomtricas da seo mista

precisam ser obtidas homogeneizando-se a seo composta pelo perfil de ao, e a laje de

concreto dividindo a largura efetiva pela seguinte razo modular:

c

EE

E (2.63)

Onde:

E = Mdulo de elasticidade do ao;

cE = Mdulo de elasticidade secante do concreto.

31

Na trelia mista, o momento de inrcia da seo mista homogeneizada calculado

reduzindo a inrcia da seo mista, composta pelo banzo inferior e a largura efetiva da

laje de concreto, em 15% da inrcia da trelia de ao composta pelos banzos superior e

inferior, como mostra a equao 2.64:

treltmef III 15,0 (2.64)

32

CAPTULO 3

3. PROGRAMA EXPERIMENTAL

3.1. Introduo

O programa experimental foi realizado no Laboratrio de Estruturas Prof. Altamiro

Tibiri Dias do Departamento de Engenharia Civil, da Escola de Minas, da

Universidade Federal de Ouro Preto, em parceria com a empresa V&M do Brasil,

responsvel pelo dimensionamento e fornecimento do prottipo ensaiado. Os objetivos

do ensaio foram determinar a resistncia global, avaliar o comportamento do sistema e

sua deformabilidade, monitorar a distribuio de tenses nos ns da trelia de ao,

conectores de cisalhamento, laje de concreto e armaduras. Com a finalidade de simular

as situaes reais da prtica construtiva, a V&M do Brasil forneceu um prottipo em

escala real, contendo todos os elementos necessrios para utilizao do sistema misto

em condies prticas normais.

O dimensionamento da estrutura feito com base nas prescries normativas

apresentadas no captulo anterior e teve como objetivo, determinar a resistncia de

clculo para preparao do projeto de instrumentao e monitoramento do conjunto

experimental, assim como as anlises numricas para determinao das cargas de

projeto.

3.2. Prottipo ensaiado

3.2.1. Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao

O prottipo ensaiado consiste numa trelia metlica associada laje de concreto. A

trelia apresenta as propriedades e dimenses indicadas na Tabela 3.1 e na Figura 3.1.

As caractersticas fsicas do ao estrutural da viga treliada foram determinadas por

meio de ensaios de caracterizao dos materiais realizados pela V&M do Brasil.

33

TABELA 3.1

Propriedades fsicas e geomtricas da trelia de ao

Trelia

Altura

(mm)

Largura

(mm)

Espessura

(mm)

Dimetro

(mm)

Tenso de

escoamento

(MPa)

Tenso

ltima

(MPa)

Seo

transversal

Banzo

superior

120

150

4,8

-

456

720

Banzo

inferior

120

150

6,4

-

456

720

Diagonais - - 6,4 101,6 442 930

Montantes - - 6,4 60,3 442 930

Chapas de

reforo 1

110

683

12,5

-

350

450

Chapas de

reforo 2

110

533

12,5

-

350

450

Chapas de

reforo 3

110

1250

12,5

-

350

450

34

(a) Dimenses geomtricas reais da trelia metlica [mm]

35

(b) Dimenses da placa de apoio [mm]

(c) Dimenses da base de apoio [mm]

(d) Dimenses dos conectores de cisalhamento [mm]

FIGURA 3.1: Dimenses e caractersticas fsicas da trelia de ao

36

A trelia possui cinco pontos de reforos nodais exercidos por chapas planas em ao

estrutural soldadas nas paredes laterais, inferiores e superiores dos banzos, cujas

dimenses e propriedades esto descritas na Tabela 3.1. A localizao das chapas e as

caractersticas fsicas so ilustradas na Figura 3.2. As chapas so reforos nos ns

projetadas em funo de uma condio de carregamento diferente do ensaiado para

resistir ao mecanismo de falha estabelecido a partir do dimensionamento da trelia mista

nas condies do projeto original.

(a) Chapas de reforo 2

(b) Chapas de reforo 1 (extremidades) e chapa de reforo 3 (central)

FIGURA 3.2.: Posicionamento das chapas de reforos nodais

37

Na Figura 3.3, tem-se uma vista geral da trelia ensaiada.

FIGURA 3.3: Viga treliada sobre apoios no laboratrio

de estruturas Prof. Altamiro Tibiri Dias

3.2.2. Propriedades fsicas e geomtricas da laje de concreto

A laje componente do sistema misto foi concretada no laboratrio com as seguintes

caractersticas geomtricas:

Comprimento: 10m

Largura: 2m

Espessura: 0,10m

Com objetivo de combater os efeitos da fissurao e aumentar a resistncia trao da

placa, a laje foi armada nas duas direes, conforme indicado na Figura 3.4.

A estrutura de escoramento da forma da laje foi desenvolvida para no permitir

deslocamentos durante a concretagem e no perodo de cura do concreto, conforme

ilustra a Figura 3.5.

38

FIGURA 3.4: Armao da laje de concreto

FIGURA 3.5: Estrutura de escoramento da laje de concreto

O processo de concretagem (FIGURA 3.6) ocorreu por meio de mistura mecnica com

adensamento por imerso. O perodo de cura do concreto foi acompanhado por controle

de temperatura e hidratao do concreto. Ensaios de caracterizao do concreto

comprovaram a resistncia caracterstica do concreto de 25,88MPa, muito prxima de

25MPa prevista por dosagem experimental.

39

FIGURA 3.6: Concretagem da laje no laboratrio

de estruturas Prof. Altamiro Tibiri Dias

3.3. Montagem Experimental

A montagem do ensaio foi desenvolvida para reproduzir situaes prticas de

carregamentos verticais aplicados s vigas metlicas. Para isso, o prottipo foi

posicionado na laje de reao do laboratrio, que possui furos a cada 50cm e capacidade

mxima de 500kN por furo, de forma a permitir a fixao dos prticos de reao e

contenes laterais.

3.3.1. Sistema de apoio e conteno lateral do prottipo

A trelia foi apoiada em blocos de concreto na altura necessria para viabilizar a

instrumentao futura e sobre os blocos foram posicionados aparelhos de apoio

(FIGURA 3.7a). Para impedir o movimento lateral da viga, foram projetadas contenes

laterais posicionadas no banzo inferior da trelia de ao e na laje de concreto

(FIGURAS 3.7b e 3.7c). As contenes foram responsveis por apoiar lateralmente a

viga mista, mas permitindo o deslocamento transversal vertical na direo do

carregamento, servindo apenas como controle de eventual tombamento da estrutura.

40

(a) Aparelho de apoio

(b) Contenes laterais da viga metlica

(c) Contenes laterais da laje

FIGURA 3.7: Sistema de apoio e contenes laterais da viga mista

41

3.3.2. Sistema de aplicao do carregamento

A aplicao dos carregamentos foi simultnea e feita por meio de trs atuadores

hidrulicos, fixos aos prticos de reao. A Figura 3.8 mostra o sistema de aplicao de

carga dos atuadores hidrulicos na laje de concreto e o posicionamento dos mesmos na

trelia mista. Cada atuador hidrulico tem capacidade de 500kN e possui uma clula de

carga cuja extremidade possui rtula para manter a verticalidade do carregamento.

Foram adicionadas placas metlicas sob as rtulas para melhor distribuio do

carregamento e evitar um eventual esmagamento do concreto por concentrao de

tenses na regio de aplicao da carga.

(a) Atuador hidrulico sobre a laje

(b) Posicionamento dos atuadores hidrulicos [mm]

FIGURA 3.8: Sistema de aplicao dos carregamento

42

3.4. Estudo qualitativo da distribuio de tenses

Com objetivo de instrumentar as principais regies do prottipo, foi realizada uma

anlise numrica em uma tese de doutorado em andamento (MARTINS, 2011a, 2010,

2011b), que desenvolveu um modelo tridimensional em elementos finitos utilizando o

programa computacional Ansys 11.0. O modelo apresentou as distribuies de tenses

do sistema estrutural que auxiliaram no posicionamento ideal da extensometria como

mostra a Figura 3.9.

1

MN

MX11

X

Y

Z

0

.027778.055556

.083333.111111

.138889.166667

.194444.222222

.25

NOV 14 2011

17:21:08

NODAL SOLUTION

STEP=1

SUB =16

TIME=2.68

SEQV (AVG)

DMX =16.701

SMN =.216E-04

SMX =.471767

FIGURA 3.9: Frao do modelo da trelia mista em elementos finitos (MARTINS, 2011)

3.5. Instrumentao

A instrumentao representou uma etapa fundamental na realizao do ensaio

experimental por ser responsvel pela realizao do monitoramento do comportamento

da estrutura.

O monitoramento das deformaes foi executado por extensmetros eltricos de

resistncia unidirecionais e rosetas a 45 para os elementos em ao e extensmetros

unidirecionais para elementos de concreto, posicionados em vrias regies do prottipo.

43

Deslocamentos lineares foram mensurados por deflectmetros e LVDTs (Linear

Variable Displacement Transducers). Os LVDTs foram responsveis por medir os

deslocamentos verticais da viga mista, e os deflectmetros monitoraram os

deslocamentos dos apoios e da interao entre viga metlica e laje de concreto.

A instrumentao do prottipo foi composta por 32 extensmetros lineares, quatro

extensmetros tipo roseta, quatro LVDTs e sete deflectmetros. A Tabela 3.2 ilustra a

instrumentao utilizada.

TABELA 3.2

Instrumentao utilizada

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450

Tenso de von Mises (MPa)

Ca

rga

(k

N)

Roseta1

44

Tabela 3.2: Instrumentao utilizada (continuao)

45

3.5.1. Sistema de Aquisio de Dados

Para medio dos dados fornecidos pelos extensmetros, rosetas e LVDTs, foi

utilizado um sistema automtico de aquisio e monitoramento de dados controlado por

um computador e softwares de controle e aquisio de dados. O sistema composto por

seis mdulos de oito canais Spider8, como mostra a Figura 3.10, fabricados pela HBM

(Hottinger Baldwin Messtechnic), controlados pelo software Catman 4.5

FIGURA 3.10: Mdulos de aquisio de dados Spider 8

3.6. Metodologia do ensaio

Com objetivo de verificar o funcionamento dos atuadores hidrulicos e testar o sistema

de aquisio de dados, foi realizado um pr-ensaio que consistiu na aplicao gradual de

pequenos passos de carga at atingir o valor de 3kN.

As cargas nos atuadores hidrulicos foram aplicadas manualmente de forma simultnea

com valores aproximadamente iguais, pelos trs atuadores, como mostra as

Figuras 3.11a e 3.11b. Um esquema de projeo de imagem (FIGURA 3.11c e 3.11d)

foi elaborado para permitir o melhor acompanhamento durante o ensaio dos valores de

passos de carga de cada atuador para que cada operador responsvel por aplicar o

carregamento no empregasse valores distintos de carregamento em relao aos demais

operadores. Alm das informaes de carregamento, foram projetados grficos de

deformaes e deslocamento em funo do carregamento, nas regies crticas do

prottipo, propiciando o monitoramento em tempo real, para orientar a determinao

dos valores regulares de passos de carga que, consequentemente, tiveram seus valores

diminudos medida que se detectava plastificao nos elementos.

46

(a) Atuadores manuais

(b) Aplicao simultnea de carregamento

(c) Equipamento de projeo de imagem (d) Projeo dos dados

FIGURA 3.11: Esquema de aplicao de carga simultnea

47

CAPTULO 4

4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS

EXPERIMENTAIS

4.1. Consideraes iniciais

Durante o ensaio, o sistema de aquisio de dados forneceu resultados relativos aos

carregamentos, deslocamentos e deformaes especficas para todos os passos de carga,

demonstrando o bom funcionamento do sistema. Os resultados so expostos em funo

da carga concentrada aplicada pelo atuador hidrulico central, que compe o sistema

estrutural descrito na Figura 3.8, considerando cargas aplicadas simultaneamente. As

deformaes obtidas pelos extensmetros tipo roseta so analisadas em funo do

carregamento, e os dados foram processados de forma a se obter a tenso e a

deformao de von Mises em funo tambm do carregamento. Resultados de

deformao especfica obtidos pelos extensmetros lineares so apresentados em funo

da carga aplicada. Os LVDTs e deflectmetros forneceram grficos dos deslocamentos

em funo do carregamento.

A seguir so apresentados os resultados do programa experimental, nos quais os valores

de deformaes especficas com sinal positivo indicam trao, e as deformaes com

sinal negativo indicam compresso.

Para localizao dos instrumentos e compreenso dos resultados apresentados, ser

adotada a orientao descrita na Figura 4.1, onde os nmeros indicados na Figura 4.1a

representam as ligaes (ns) da trelia metlica, e as letras marcam as diagonais e

montantes. O primeiro apoio denominado de AP1; e o segundo, AP2. A posio

lateral da instrumentao determinada pela diviso do eixo de simetria da viga

compondo os lados L1 e L2, conforme Figura 4.1b.

48

(a) Vista frontal da montagem experimental

(b) Vista x-x

FIGURA 4.1.: Esquema de orientao para localizao dos pontos de instrumentao

4.2. Apresentao e anlise dos resultados das diagonais mais solicitadas

As diagonais A e L foram instrumentadas com extensmetros lineares eltricos,

posicionados como indicado na Figura 4.2. Os resultados indicaram esforos de trao

nas duas diagonais. A diagonal A apresentou valor mximo de deformao de

1662,24, e a diagonal L indicou deformao especfica mxima de 1638,72.

Ensaios de caracterizao apresentados na Tabela 3.1 mostram tenso de escoamento de

fy = 442MPa (2156), comprovando que as diagonais no atingiram deformao

especfica de escoamento para uma carga mxima de 268,77kN do ensaio.

49

FIGURA 4.2: Grfico carga x deformao especfica das diagonais A e L

4.3. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo superior

O banzo superior foi instrumentado com extensmetros lineares posicionados no n 6,

onde ocorrem os maiores esforos de compresso para o banzo superior. A Figura 4.3

apresenta o posicionamento da instrumentao e as deformaes especficas em funo

do carregamento aplicado.

Os extensmetros Ex3, Ex4 e Ex5 foram posicionados no lado L2, e os extensmetros

Ex6, Ex7 e Ex8 localizados no lado L1, de forma simtrica aos do lado oposto. A

instrumentao forneceu os seguintes valores mximos de deformao especfica:

TABELA 4.1

Resultados das deformaes especficas mximas no banzo superior

Posio lateral L2 L1

Extensmetros Ex3 Ex4 Ex5 Ex6 Ex7 Ex8

Carregamento aplicado (kN) 268,39 268,39 268,39 268,39 268,39 268,39

Deformao especfica mxima () -1463,76 -1529,52 -1488 -1019,04 -1079,28 -1040,64

50

FIGURA 4.3: Grfico carga x deformao especfica do banzo superior - N 6

Observando-se os resultados de deformao apresentados, pode-se concluir que no

ocorreu escoamento do material na regio do n 6. O grfico mostra que, inicialmente,

os valores de deformaes dos extensmetros apresentaram pouca disperso e pequenas

deformaes, o que revela a contribuio da laje na resistncia ao esforo de

compresso.

51

4.4. Apresentao e anlise dos resultados na regio central do banzo inferior

A Figura 4.4 mostra o posicionamento dos extensmetros e os resultados obtidos nas

regies mais solicitadas do banzo inferior.

FIGURA 4.4: Grfico carga x deformao especfica do banzo inferior N 7

O extensmetro Ex9 posicionado do lado L1, responsvel por monitorar a regio da

parede lateral do banzo inferior apresentado no item 2.1.2, indicou deformao

especfica mxima 2032,32, inferior deformao especfica de escoamento

fornecido pelos ensaios de caracterizao de 2224,4.

Dois extensmetros foram posicionados na regio mais crtica do banzo inferior em

relao aos esforos de trao. Os extensmetros Ex10 e Ex11 posicionados nos lado

L2 e L1, respectivamente, indicaram deformao especfica mxima de

3085,92 (Ex10) e 3146,40 (Ex11) caracterizando plastificao na face inferior do

banzo inferior, atingindo a deformao de escoamento para o carregamento de 235kN.

Observa-se uma pequena no linearidade das deformaes no banzo em relao ao

carregamento indicando a possibilidade de outros mecanismos terem influenciado o

comportamento da trelia em ensaio e no somente a flexo do conjunto.

52

4.5. Monitoramento na interface ao-concreto

O extensmetros Ex12 e Ex13 foram posicionados no n 6 na parede superior do banzo,

prximo ao conector central de cisalhamento na interface ao-concreto, como mostra a

Figura 4.5. A instrumentao teve os objetivos de monitorar as deformaes ocorridas

na interface ao-concreto e avaliar a capacidade resistente aos esforos resultantes da

flexo global da estrutura. Os resultados mostram que este elemento ficou totalmente

comprimido.

FIGURA 4.5: Grfico carga x deformao especfica no banzo

superior - interface ao-concreto

Os resultados mostraram que o extensmetro Ex12 atingiu a deformao especfica de

escoamento, alcanando valores de 2946,24 para o ltimo incremento de carga de

268,77kN, o que caracteriza comportamento plstico do material. O Extensmetro Ex13

apresentou valor de deformao mxima de 1210,80, inferior deformao especfica

de escoamento. Observa-se tambm a perda da linearidade das deformaes no

extensmetro Ex12 caracterizando a perda de conexo entre o ao e o concreto.

53

4.6. Apresentao e anlise dos resultados nas armaduras

O objetivo dos extensmetros foi medir as deformaes desenvolvidas na laje ao longo

de sua altura. Essa instrumentao permite uma leitura completa das deformaes

desenvolvidas ao longo de toda a seo transversal mdia da estrutura mista. Os

resultados mostram uma pequena diferena nos valores das deformaes dos

extensmetros mais acima do banzo (Ex15 e Ex16) em relao aos mais afastados

(Ex14 e Ex17) o que mostra o efeito Shear lag.

A Figura 4.6 expe a localizao e os resultados das deformaes em funo do

carregamento aplicado.

No foi observada a presena de fissurao na laje de concreto durante o ensaio. Os

valores indicam que as armaduras sofreram tenses de compresso, revelando que a laje

de concreto manteve-se comprimida na regio das armaduras longitudinais.

FIGURA 4.6: Grfico carga x deformao especfica das armaduras

54

4.7. Apresentao e anlise dos resultados na laje de concreto

A Figura 4.7 ilustra o posicionamento dos extensmetros e apresenta os resultados

obtidos atravs da instrumentao na laje de concreto.

FIGURA 4.7: Grfico carga x deformao especfica da laje de concreto

As deformaes medidas pelos extensmetros Ex18 e Ex19, localizados na face

superior da laje de concreto, apresentaram valores elevados. O extensmetro Ex19

apresentou valores menores de deformao, caracterizando a presena imperfeies da

laje naquela regio.

Extensmetros posicionados na face inferior da laje de concreto (Ex20 e Ex21)

forneceram valores insignificantes de deformao, que denotam esforos desprezveis

de trao no concreto.

55

4.8. Apres