Estudo teórico-experimental sobre a estabilidade estrutural de painéis de

cisalhamento (“Shear Wall”) do sistema construtivo Light Steel Framing

Arq. Sabrina Moreira Villela Prof. Dr. Francisco Carlos Rodrigues (Orientador) Prof. Dr. Rodrigo Barreto Caldas (Coorientador)

Introdução

• 1992 - Os primeiros registros da utilização em larga escala do Sistema Construtivo Light Steel Framing (LSF).

• Substituição das barras de madeira pelos perfis de aço.

• LSF – painéis reticulados de aço galvanizado aliados aos painéis de vedação.

• Perfis Formados a Frio (PFF) são fabricados com Aço Zincado de Alta Resistência (ZAR) – resistência ao escoamento 230MPa.

Introdução

• Subsistemas projetados para resistir às forças laterais são comumente paredes contraventadas por meio de fitas de aço galvanizadas.

• Sistema de contraventamento necessita de chapas de ligação (Chapas de Gusset).

• Placas de OSB são consideradas pelos fabricantes como componentes estruturais.

• PFF vêm sendo muito utilizados como material de construção, principalmente em edificações de até cinco pavimentos.

Introdução

Exemplos de contraventamentos feitos com a fita de aço galvanizado.

Objetivo

• Determinar ou confirmar algumas propriedades mecânicas das placas de OSB;

• Analisar o comportamento do conjunto formado pelos parafusos de ligação e as placas de OSB fixadas no reticulado metálico do painel;

• Investigar em pesquisa experimental a contribuição das placas de OSB no contraventamento de estruturas do sistema construtivo Light Steel Framing;

Materiais e Métodos

• Bredel (2003): um painel comum de LSF pode se transformar em um painel de cisalhamento com a adição de dois elementos: os painéis de OSB fixados em uma das faces e montantes duplos nas laterais.

• Bredel (2003): painel de cisalhamento é engastado na parte inferior e livre na parte superior.

Diagrama das forças do painel de cisalhamento. (BREDEL, 2003)

Força axial de compressão

Força axial de tração

• A ancoragem dos painéis à fundação geralmente é feita com peça estrutural denominada aparelho de ancoragem ou hold-down;

• Dispositivo de extrema importância nos painéis de cisalhamento por oferecer uma maior resistência ao movimento de tombamento do painel.

Aparelho de ancoragem (hold-down).

Materiais e Métodos

• OSB foi desenvolvido para aplicações estruturais e difundido como painéis estruturais de usos múltiplos;

• As propriedades mecânicas do OSB se assemelham às da madeira sólida;

• Fabricação consiste na utilização de partículas (strands) de madeira, distribuídas aleatoriamente em camadas;

• Partículas da camada interna podem estar dispostas aleatoriamente ou perpendicularmente em relação às camadas externas;

• Unidas por resina e prensadas sob altas temperaturas;

Materiais e Métodos Placas de OSB

• São fabricadas no Brasil, sendo um dos fabricantes a empresa Louisiana Pacific (LP) Building Products;

• Principais vantagens do uso do LP OSB são:

• Alta resistência a impactos;

• Elevado conforto térmico devido à baixa condutibilidade do OSB;

• Elevado conforto acústico;

• Resistente à umidade;

• Garantia estrutural por 20 anos e contra cupins por 10 anos;

• Versátil: aceita diversos tipos de acabamentos;

• Rapidez de instalação;

• Produto ecologicamente correto;

• Assistência técnica garantida.

Materiais e Métodos Placas de OSB

• Não existem normas técnicas brasileiras pertinentes para a determinação das propriedades mecânicas das placas de OSB;

• São utilizadas as prescrições da American Society for Testing and Materials (ASTM) ASTM D3043-00 (Reapproved 2011) para os ensaios de flexão;

• As propriedades físicas serão determinadas por ensaios de flexão de três pontos;

• Ensaios serão realizados com corpos-de-prova retirados de placas de OSB com 4 espessuras diferentes (9,5mm; 11,1mm; 15,1mm e 18,3mm)

Materiais e Métodos Ensaios

DIMENSÕES DOS CORPOS-DE-PROVA PARA OS ENSAIOS DE FLEXÃO

ESPESSURA SUBGRUPO COMPRIMENTO LARGURA TIPO DE ENSAIO

QUANTIDADE DE AMOSTRAS

GRUPO A t = 9,5mm

L1 506 100 H 10

V 10

T1 278 76 H 10

V 10

GRUPO B t = 11,1mm

L2 582,8 100 H 10

V 10

T2 316,4 88 H 10

V 10

GRUPO C t = 15,1mm

L3 774,8 100 H 10

V 10

T3 412,4 100 H 10

V 10

GRUPO D t = 18,3mm

L4 928,4 100 H 10

V 10

T4 498,2 100 H 10

V 10

Materiais e Métodos Ensaios de Flexão

• Total de 160 corpos-de-prova submetidos ao ensaio de flexão: 80 cortados na direção longitudinal da placa de OSB e 80 cortados na direção transversal da placa de OSB;

• Corpos-de-prova devem ser biapoiados;

• A distância entre os apoios depende da espessura nominal do corpo-de-prova e da direção do corte do mesmo.

• Para determinar o módulo de elasticidade, são registradas as forças impostas e os correspondentes deslocamentos verticais da seção central do corpo-de-prova, depois de imposto o incremento de carga, de modo que as várias leituras de força e deflexão sejam registradas.

Materiais e Métodos Ensaios de Flexão

Materiais e Métodos Ensaios de Flexão

Esquema dos ensaios de três pontos para os corpos-de-prova cortados na direção longitudinal da placa de OSB.

Materiais e Métodos Ensaios de Flexão

Esquema dos ensaios de três pontos para os corpos-de-prova cortados na direção transversal da placa de OSB.

Materiais e Métodos Ensaios de “Push-out”

• Push-out – empregado na literatura internacional para fazer referência aos ensaios de cisalhamento direto (ensaios de deslizamento);

• Ao avaliar o desempenho de um conector de cisalhamento, duas características são especialmente observadas: a capacidade resistente e a ductilidade. Podem ser conhecidas a partir da relação força versus deslizamento;

• A partir da curva força-deslizamento é possível determinar a resistência característica dos conectores ensaiados, bem como classificar seu comportamento quanto a ductilidade;

Materiais e Métodos Ensaios de “Push-out”

• Para os parafusos autoatarraxantes fixando a placa de OSB no reticulado metálico, essas características ainda não foram determinadas experimentalmente;

• Os ensaios vão ser realizados por meio de uma adaptação dos ensaios de cisalhamento direto preconizado pelo Eurocode 4;

Materiais e Métodos Ensaios de “Push-out”

Modelo 1

Materiais e Métodos Ensaios de “Push-out”

Modelo 2

Materiais e Métodos Resultados Esperados

• Propriedades mecânicas das placas de OSB fabricadas no Brasil: módulo de elasticidade (longitudinal e transversal); coeficiente de Poisson; resistência a ruptura na compressão; e resistência ao cisalhamento;

• Comportamento do conjunto formado pelos parafusos de ligação e as placas de OSB fixadas no reticulado metálico (força x deslocamento) -> resistência característica dos parafusos autoatarraxantes, comportamento quanto a ductilidade;

• Calibração da equação da diagonal equivalente proposta por Vitor (2012) ou proposição de outra equação mais adequada;

• Contribuição para a elaboração de norma técnica brasileira relacionada às placas de OSB com função estrutural, inclusive como componente do painel de contraventamento do Sistema Construtivo LSF.

Agradecimentos

À FAPEMIG, à PROPEEs, à CAPES, ao CNPq e à LP Building Products, que tornaram possível a elaboração e a apresentação deste trabalho.