ENSAIO DE LIGAÇÃO PILAR PRÉ-MOLDADO

5/13/2018 ENSAIO DE LIGAÇÃO PILAR PRÉ-MOLDADO - slidepdf.com

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ENSAIO DE LIGAÇÃO PILAR PRÉ-MOLDADO – FUNDAÇÃO MEDIANTE CHAPA DE BASE 53

ENSAIO DE LIGAÇÃO PILAR PRÉ-MOLDADO –

FUNDAÇÃO MEDIANTE CHAPA DE BASE

Mounir K. El DebsToshiaki Takeya

Docentes do Depto. de Engenharia de Estruturas, EESC-USP,Av. Trabalhador São-carlense, 400, CEP 13566-970, São Carlos, SP

Rejane M. Fernandes CanhaDoutoranda do Programa de Pós-graduação em Engenharia de Estruturas, EESC-USP

Luiz CholfeWaldemar Ueda

Luciana A. S. BonilhaEngenheiros da Statura Engenharia de Projetos S/C Ltda., São Paulo, SP

ResumoO objetivo deste trabalho é apresentar os resultados e análises de ensaios de ligação em pilar pré-moldado com afundação mediante chapa de base realizados no Laboratório de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos. Aligação em questão foi utilizada em uma estrutura de pilares pré-moldados de seção 44 cm × 80 cm e altura de cerca de9,0 m, sobre os quais é apoiada uma cobertura metálica de 60 m de vão. Foram ensaiados dois modelos em escala 1:1,mas com a altura do pilar no modelo de 2,60 m. A chapa de base tinha 32 mm de espessura, enrijecida com nervuras. Ocarregamento para simular os esforços previstos na ligação foi aplicado por meio de dois atuadores hidráulicos utilizandouma estrutura metálica fixada na extremidade superior do pilar. A excentricidade da força resultante aplicada nos

ensaios tinha o valor de 140 cm em relação ao eixo longitudinal do pilar e correspondeu à situação de projeto para odimensionamento do pilar. Os resultados dos dois ensaios indicam que: a) os dois modelos tiveram comportamentosmuito próximos, mostrando boa reprodutividade nos ensaios; b) nos dois modelos a ruptura da ligação foi causada peloescoamento dos chumbadores; c) a armadura do pilar mais tracionada estava na iminência do escoamento quandoocorreu o escoamento dos chumbadores; e d) não foi observada nenhuma deformação localizada significativa na chapade base.

Palavras-chave: concreto pré-moldado, ligações, chapa de base, ensaio.

IntroduçãoO presente artigo apresenta os resultados dos ensaios

de dois modelos, realizados no Laboratório de Estruturasda Escola de Engenharia de São Carlos, para analisar ocomportamento da ligação pilar-fundação de um edifíciocom pilares pré-moldados e cobertura em estrutura metálica,atendendo à solicitação das empresas Statura Engenhariade Projetos, Construtora Toda do Brasil e Duratex ComercialExportadora. A descrição detalhada dos ensaios estáapresentada no relatório técnico de El Debs et al. (2002).

Nas Figuras 1 e 2 apresentam-se as característicasprincipais do pilar pré-moldado e da sua ligação coma fundação, conforme especificações de projeto doedifício

Descrição e Construção dos ModelosForam construídos e ensaiados dois modelos idênticos,

conforme esquema apresentado na Figura 3.Os modelos tinham pilar com seção transversal de

44 cm ×80 cm e comprimento de 260 cm e a ligação com afundação foi feita por uma chapa de aço de espessura de 32mm enrijecida com nervuras (que será denominada de chapade base neste trabalho), na qual a armadura longitudinal dopilar está soldada. A fundação foi simulada no ensaio pormeio de uma plataforma construída com chapas de aço (aquidenominada de base metálica) apoiada e fixada por meio detirantes na laje de reação do laboratório. A ligação do pilarcom a base metálica que simula a fundação foi feita, comoprevisto no projeto do edifício, por meio de chumbadores e

grauteamento do espaço livre entre o pilar e a base metálica.



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54 EL DEBS et al.

44 95 50

1 7 5

5 0

1 5

5 0

8 4 0

5 2 3

A l ç a s p a r a d e s f o r m a e m o n t a g e m

1 8 5

44 80

4 3

7 7

O carregamento para simular os esforços previstosna ligação foi aplicado por meio de dois atuadores hidráulicosutilizando uma estrutura metálica fixada na extremidadesuperior do pilar. A excentricidade da força resultante aplicada

nos ensaios tinha o valor de 140 cm em relação ao eixolongitudinal do pilar e correspondeu à situação de projetopara o dimensionamento do pilar.

Na especificação do projeto do pilar pré-moldado,o concreto era da classe C-30 e a armadura longitudinal,da classe CA-50 soldável.

Para a moldagem do pilar foi utilizado concretodosado em central para resistência à compressão nominalde 30 MPa.

Conforme previsto no projeto, foi utilizado aço CA-50 soldável para a armadura longitudinal do pilar, queera constituída por 8 barras de 32 mm e 8 barras de 16

mm; essas barras foram soldadas à chapa de base do pilar.

Os estribos eram de aço CA-50 convencional de 8 mm,espaçados em 10 cm.

O graute utilizado para preencher o espaço entre opilar e a base metálica que simula a fundação foi o mesmo

especificado no projeto: Fosgrout Plus da marca Fosroc Reax.A moldagem do pilar foi feita na posição horizontal,

conforme especificação do projeto, moldando-se simul-taneamente doze corpos-de-prova cilíndricos de 15 × 30para controle da sua resistência. Os dois modelos forammoldados em datas defasadas de uma semana.

A montagem do pilar sobre a base metálica foi feitaaos 14 dias, realizando-se também nessa data o grauteamentoda base. Foram moldados na ocasião corpos-de-provacilíndricos de 5× 10 do graute utilizado para determinaçãoda sua resistência no dia do ensaio do modelo. Na Figura4 apresenta-se a documentação fotográfica de diversos

aspectos da construção e da montagem dos modelos.

Figura 1 Características principais do pilar pré-moldado.



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A

B

A

B

Corte A-A Corte B-B

L u v a s

L e n

t o n

p a r a

Ø

3 2

G

a b a r i t o

C H

. 3

, 0

L u v a s

L e n

t o n

p a r a

Ø

1 6

1

0 c

h u m

b a

d o r e s

Ø

1 ½ ”

Graute CH. 32 Furar chapaSoldar arranques

G

a b a r i t o

C H

. 3

, 0

A ç o

C A

- 5 0

s o

l d á v e

l

N e r v u r a s

C H

. 9

, 5 3

Graute

Figura 2 Detalhe da ligação do pilar pré-moldado com a fundação.



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56 EL DEBS et al.

Figura 3 Esquema da montagem de ensaio: ligação pilar-base metálica e dispositivo de aplicação do carregamento.

F

F

Base metálica – planta

Dispositivo de aplicação do carregamento – corte

4 Ø 32 4 Ø 32

4 x 2 Ø 16

Graute

Parafusos deancoragem

Ø 38

4 Ø 32

Graute

4 Ø 32 4 Ø 322 x 4 Ø 16

Descrição dos EnsaiosPara a aplicação das solicitações no modelo utilizaram-

se a laje de reação do LE-EESC e dois atuadores hidráulicosde 1.000 kN.

No monitoramento dos ensaios empregaram-se: a)extensômetros elétricos de resistência com base de medidade 5 mm colados nas armaduras longitudinais do pilar enos chumbadores para medição da sua deformação (20em cada modelo); b) extensômetros elétricos de resistênciacom base de medida de 10 mm colados na superfície doconcreto do lado comprimido para medição da sua

deformação (2 em cada modelo); c) oito transdutoresresistivos de deslocamento com curso de 10 mm e 20mm, para medição dos deslocamentos relativos entre a

chapa de base do pilar e a base metálica no lado comprimido;e d) dois transdutores resistivos de deslocamento comcurso de 100 mm, para medição dos deslocamentoshorizontais do topo do pilar e do pórtico de reação noponto de fixação dos atuadores hidráulicos.

Na Figura 5 indicam-se os pontos de medição dosdeslocamentos relativos entre a chapa de base do pilar ea base metálica. No lado tracionado a medição foi feitaem cinco pontos: três junto às nervuras de enrijecimento(D1, D3 e D5) e dois no vão entre essas nervuras (D2 e

D4), no intuito de avaliar o efeito da flexão da chapa debase. No lado comprimido a medição foi feita em trêspontos junto às nervuras de enrijecimento (D6, D7 e D8).



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Figura 4 Aspectos da construção e da montagem dos modelos.

Ladocomprimido

Ladotracionado

D5D4D3D2D1

D7

D6

D8

Figura 5 Posição de medição dos deslocamentos relativos entre a chapa de base do pilar e a base metálica.



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58 EL DEBS et al.

EXT 2

EXT 1

Figura 6 Posição de medição da deformação nos chumbadores tracionados.

Os chumbadores do lado tracionado foram instru-mentados com extensômetros elétricos posicionadosconforme mostrado na Figura 6. Foram instrumentadosapenas os dois chumbadores dos cantos (EXT 1 e EXT

2), utilizando-se em cada chumbador dois extensômetrosdiametralmente opostos, no intuito de corrigir o efeito daflexão na deformação medida.

Os pontos de medição das deformações na armaduralongitudinal do pilar e no concreto feitas por meio dosextensômetros elétricos de resistência estão indicados naFigura 7. A armadura longitudinal foi instrumentada emduas seções, uma seção localizada a 44 cm da chapa de

base e a outra a 80 cm, no intuito de avaliar a eventualinfluência da perturbação provocada pela proximidadeda ligação. Apenas as barras de 32 mm dos quatro cantosda seção foram instrumentadas (EXT 3, EXT 4, EXT 5 e

EXT 6, no lado tracionado, e EXT 7, EXT 8, EXT 9 eEXT 10, no lado comprimido), utilizando-se, como nocaso do chumbador, dois extensômetros diametralmenteopostos em cada seção da barra instrumentada.

No concreto, a instrumentação foi feita apenas nolado comprimido, na seção localizada a 80 cm da chapade base, utilizando-se dois extensômetros, um em cadacanto da seção (EXT 11 e EXT 12).

Nível 2

Nível 1

Nível 1

Nível 2

3 6 c m

4 4 c m

EXT 6

EXT 5

EXT 10

EXT 9

EXT 12

EXT 11

EXT 4

EXT 3

EXT 8

EXT 7

Figura 7 Pontos de medição das deformações na armadura longitudinal e no concreto comprimido.



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O aspecto geral da montagem para o ensaio dosmodelos pode ser visto nas Figuras 8 e 9.

A aplicação do carregamento foi feita de formaprogressiva em etapas de 50 kN, realizando-se o registro

das medições dos diversos instrumentos e a marcaçãodas fissuras, após a estabilização da carga de cada etapa.

Preliminarmente, antes do ensaio propriamentedito, realizou-se o ensaio de “escorvamento”, que consistiuna aplicação de três etapas do carregamento e posteriordescarregamento, para eliminação de folgas nos sistemasde apoios, carregamento e medição e também para teste

geral da montagem de ensaio. A caracterização dosmateriais constituintes dos modelos foi realizada demodo tradicional: a) ensaio de compressão simples ecompressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos

de 15 × 30 do concreto utilizado nos pilares para obtençãodas resistências à compressão e à tração; b) ensaio detração simples de corpos-de-prova das armaduras dospilares para obtenção das resistências de escoamentoe de ruptura; c) ensaio de compressão simples de corpos-de-prova cilíndricos de 5× 10 do graute para obtençãoda resistência à compressão.

Figura 8 Montagem do ensaio.



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60 EL DEBS et al.

Figura 9 Outra vista da montagem do ensaio.

Resultados ObtidosCorpos-de-prova do concreto

C.P. Tipo de ensaioIdade(dias)

f cj (MPa)

f ct,sp,j (MPa)

Médias(MPa)

1 23,4 –

2Compressão simples 3

25,7 –24,5

3 31,0 –


33,6 –32,3

5 42,7 –

6 43,1 –

7

Compressão simples 22

44,7 –

43,5

8 – 3,06

9 – 3,17

10

Compressão diametral 22

– 3,23

3,15

Tabela 1 Resultados dos corpos-de-prova do concreto do Modelo 1.



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Tabela 2 Resultados dos corpos-de-prova do concreto do Modelo 2.


f cj (MPa)

f ct,sp,j (MPa)

Médias(MPa)

1 22,1 –


22,7 –22,4

3 29,6 –


30,0 –29,8

5 37,0 –

6 37,9 –

7


37,9 –

37,6

8 – 2,32

9 – 2,8110

Compressão diametral 22– 3,24

2,79

Corpos-de-prova da armadura

Tabela 3 Resultados dos corpos-de-prova da armadura longitudinal.

Corpos-de-prova do graute

Tabela 4 Resultados dos corpos-de-prova do graute do Modelo 1.

C.P. Tipo de ensaio Idade(dias)

f cj

(MPa)Média(MPa)

1 55,9

2 59,5

3 61,8

4


62,2

59,8

f y (MPa) f t(MPa) Es(GPa)C.P.

φ (mm)nomina

l

φ (mm)efetivo C.P. Médias C.P. Médias C.P.

Médias

1 16 15,70 641,5 764,6 207,6

2 16 15,74 640,5641,0

770,3767,5

207,0207,3

3 32 31,94 630,2 797,5 202,8

4 32 31,93 627,2628,7

795,8796,7

204,7203,7



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62 EL DEBS et al.


f cj

(MPa)Média(MPa)

1 46,22 51,8

3 55,0

4


59,6

53,1

Tabela 5 Resultados dos corpos-de-prova do graute do Modelo 2.

Quadro-resumo das cargas de ensaio

Na Tabela 6 apresentam-se as cargas de fissuraçãoe de ruptura dos modelos ensaiados. A carga (1) correspondeao valor da primeira fissura visível e a carga (2) é o valor

obtido a partir da análise do diagrama de deformação daarmadura tracionada. A carga de ruptura é o valor máximoatingido no ensaio.

Tabela 6 Cargas de fissuração e de ruptura.

Carga de fissuração (kN)Modelo

(1) (2)Carga de ruptura (kN)

1 300 200 1.340

2 400 250 1.392

Gráficos dos deslocamentos e das deformações

Nas Figuras 10 a 15 apresentam-se os gráficos dos deslocamentos e das deformações obtidos nos ensaios dos doismodelos.

0

500

1000

1500

0 1 2 3 4 5

Modelo 1

Média 1-5

D1D2D3D4D5

Deslocamento relativo (mm)

F o r ç a ( k N )

0

500

1000

1500

0 1 2 3 4 5

Modelo 2

Média 1-5D1

D2D3D4D5


F o r ç a ( k N )

Figura 10 Deslocamento relativo na base no lado tracionado.



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0

500

1000

1500

–2,5 –2,0 –1,5 –1,0 –0,5 0

Modelo 1

Média 6-8D6D7D8


F o r ç a ( k N )

0

500

1000

1500

–2,5 –2,0 –1,5 –1,0 –0,5 0

Modelo 2

Média 6-8D6D7D8


F o r ç a ( k N )

Figura 11 Deslocamento relativo na base no lado comprimido.

0

500

1000

1500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Modelo 1

Média 1-2

EXT 1

EXT 2

F o r ç a ( k N )

0

500

1000

1500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Modelo 2

Média 1-2

EXT 1

EXT 2

F o r ç a ( k N )

Figura 12 Deformação dos chumbadores.

–2000 –1500 –1000 –500 0

Modelo 1

Média 11-12

EXT 11

EXT 12

F o r ç a ( k N )

0

500

1000

1500

–2000 –1500 –1000 –500 0

Modelo 2

Média 11-12

EXT 11

EXT 12

F o r ç a ( k N )

0

500

1000

1500

Figura 13 Deformação do concreto no lado comprimido.



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64 EL DEBS et al.

Figura 14 Deformação da armadura no lado tracionado.

0 5 00 1 00 0 15 00 2 00 0 25 00 3 00 0 35 00

Modelo 1

Média 5-6

EXT 5

EXT 6

0

500

1000

1500

0 5 00 1 00 0 15 00 2 00 0 25 00 3 00 0 35 00

Modelo 2

Média 5-6

EXT 5

EXT 6

F o r ç a ( k N )

0

500

1000

1500

F o r ç a ( k N )

–2000 –1500 –1000 –500 0

Modelo 1

Média 9-10

EXT 9

EXT 10

0

500

1000

1500

–2000 –1500 –1000 –500 0

Modelo 2

Média 9-10

EXT 9

EXT 10

F o r ç a ( k N )

0

500

1000

1500

F o r ç a ( k N )

Figura 15 Deformação da armadura no lado comprimido.

Considerações FinaisOs resultados dos dois ensaios indicam:a) Os dois modelos tiveram comportamentos muito

próximos, mostrando boa reprodutividade nosensaios.

b) Nos dois modelos a ruptura da ligação foi causada

pelo escoamento dos chumbadores.c) A armadura do pilar mais tracionada estava na

iminência do escoamento quando ocorreu oescoamento dos chumbadores. Observa-se queo ensaio dos corpos-de-prova indicou que a tensãode escoamento dessa armadura era muito superior(628 MPa) ao valor nominal (500 MPa); se a

resistência de escoamento dessa armadura estivessemais próxima do valor nominal, provavelmenteteria ocorrido o escoamento conjunto da armadurado pilar e dos chumbadores.

d) Não foi observada nenhuma deformação localizadasignificativa na chapa de base.

Referências BibliográficasEL DEBS, M. K.; TAKEYA, T.; CANHA, R. M. F. Ensaio de

ligação pilar pré-moldado x fundação mediante chapa de base.Relatório Técnico. São Carlos: Departamento de Engenhariade Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos daUniversidade de São Paulo, 2002.

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