Dsc - EESC 2004 - Estudo Teórico-experimental Da Ligação Pilar-fundação Por Meio de Cálice Em...
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8/10/2019 Dsc - EESC 2004 - Estudo Terico-experimental Da Ligao Pilar-fundao Por Meio de Clice Em Estruturas de Co
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Rejane Martins Fernandes Canha
EESSTTUUDDOOTTEERRIICCOO--EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLDDAALLIIGGAAOO
PPIILLAARR--FFUUNNDDAAOOPPOORRMMEEIIOODDEECCLLIICCEEEEMM
EESSTTRRUUTTUURRAASSDDEECCOONNCCRREETTOOPPRR--MMOOLLDDAADDOO
Tese apresentada Escola de
Engenharia de So Carlos daUniversidade de So Paulo, comoparte dos requisitos para obteno doTtulo de Doutor em Engenharia deEstruturas
Orientador: Prof. Ass. Mounir Khalil El Debs
So Carlos - SP2004
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Ainda que eu falasse lnguas, as dos homens e dos anjos, se eu no tivesse o amor, seria
como sino ruidoso ou como cmbalo estridente. Ainda que eu tivesse o dom da profecia, o
conhecimento de todos os mistrios e de toda a cincia; ainda que eu tivesse toda a f, a
ponto de transportar montanhas, se eu no tivesse o amor, eu no seria nada. Ainda que
eu distribusse todos os meus bens aos famintos, ainda que entregasse o meu corpo s
chamas, se no tivesse amor, nada disso me adiantaria. (1Cor 13, 1-3)
Ao meu amor,
Renato.
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AAGGRRAADDEECCIIMMEENNTTOOSS
Agradeo a Deus, luz da minha vida, minha inspirao, minha fora e meu
amigo de todas horas.
A Mounir Khalil EL Debs, pela excelente orientao, apoio, incentivo e,
principalmente, pela amizade e compreenso.
Ao meu esposo Renato, pelo amor, carinho, dedicao, pacincia e ajuda nas
horas mais difceis. Sem ele, no teria chegado ao fim.
A mainha e minha querida av Palmira (in memorian) por todo o amor, carinho
e ensinamentos que transmitiram a mim.s minhas madrinhas Laura e Zlia e a todos os meus familiares, pelo carinho e
confiana depositada em mim.
A Sirlei, Sidnei, Ana Lcia, Alexandre e, em especial, minha afilhada Gabriela,
pelas alegrias, boas risadas e pela oportunidade, atravs deles, de renovar minhas
energias.
Ao meu Pai e a meus irmos Luciana e Djanilton, pelo carinho e incio de uma
grande amizade.
Aos meus queridos amigos que me acompanharam nesse doutorado: Crs,Vanessinha, Kris, Osvaldo, Silvana, Alex, Joel, Cida, Aline, Marcelo, Gerson, Valentim,
Patrcia, Yuri, Rodrigo, Rassa, Su, Aninha, Lu, Ana Rita, Mnica, Ju, Tati e Fernando.
Em especial querida Cris, pela amizade, e, principalmente, pelo apoio,
palavras de conforto e por fazer acreditar em mim numa fase to difcil.
s minhas inesquecveis amigas de Natal, Aleide, Helosa e Etiane, que mesmo
distncia, sempre torceram por mim.
Aos professores do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP,
que de alguma forma contriburam nessa pesquisa.
Aos funcionrios da secretaria do Departamento de Engenharia de Estruturas
da EESC-USP, especialmente a Nadir e Rosi, pelo carinho, ateno e eficincia nos
servios prestados.
Ao desenhista Francisco do Departamento de Engenharia de Estruturas da
EESC-USP, pela execuo de alguns desenhos dessa tese.
s amigas da biblioteca do Departamento de Engenharia de Estruturas da
EESC-USP, Sylvia e Felcia, que compartilharam minha ansiedade e minhas dores no
final do trabalho.
A toda equipe do Laboratrio de Estruturas: Amaury, Luiz Vareda, Mrio,
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Maury, Valdir, Fabiano, Valdimir e Wagner, pela dedicao na realizao da pesquisa
experimental, sugestes, apoio nos contratempos e, sobretudo, pela pacincia com a
minha exigncia e pelas boas conversas.
Aos funcionrios da Oficina Mecnica da EESC-USP, pela execuo doschumbadores e reformas nas peas metlicas.
Aos funcionrios da Marcenaria da EESC-USP, pela confeco das frmas.
A Gerdau, pela doao da armadura longitudinal do pilar.
A Holcim Brasil, pela doao de cimento, e a Degussa Admixtures, Inc., pela
doao de superplastificante, ambos utilizados no concreto da junta.
A FAPESP, pelo apoio financeiro da bolsa e do auxlio-pesquisa.
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SSUUMMRRIIOO
LISTA DE SMBOLOS ........................................................................................ i
RESUMO......................................................................................................xiii
ABSTRACT...................................................................................................xiv
CAPTULO 1 - INTRODUO ......................................................................... 1
1.1. GENERALIDADES ........................................................................................1
1.2. OBJETIVOS ...................................................................................................4
1.3. JUSTIFICATIVAS ...........................................................................................4
1.4. METODOLOGIA ...........................................................................................7
1.5. APRESENTAO DA TESE ...........................................................................7
CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA ....................................................... 9
2.1. GENERALIDADES SOBRE OS TIPOS DE LIGAES PILAR-FUNDAO ........92.2. VARIANTES DO CLICE DE FUNDAO ...................................................12
2.3..RELAO ENTRE OS ESFOROS TRANSMITIDOS NO CLICE DEFUNDAO ...............................................................................................14
2.4. ESTUDOS EXPERIMENTAIS.........................................................................16
2.4.1. ENSAIOS DO CSTC (1978)........................................................................16
2.4.2. INVESTIGAO EXPERIMENTAL DE GOLOSOV & KOROVIN (1978) ..19
2.4.3..RESULTADOS EXPERIMENTAIS APRESENTADOS EM VASCONCELOS(1979) ........................................................................................................20
2.4.4. PESQUISA EXPERIMENTAL DE OSANAI ET AL. (1996) ............................22
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2.5. MODELOS E RECOMENDAES DE PROJETO ...........................................25
2.5.1. COMPORTAMENTO DO CLICE DE FUNDAO ........................................25
2.5.2..RECOMENDAES DE PROJETO SEGUNDO LEONHARDT & MNNIG
(1977), NBR-9062/85 (1985) E EL DEBS (2000)...................................272.5.3. MODELO EMPRICO DE GOLOSOV & KOROVIN (1978).....................39
2.5.4. MODELO DE PROJETO DE WILLERT & KESSER (1983).........................41
2.5.5. MODELO E RECOMENDAES DE PROJETO APRESENTADOS EM OLIN ETAL. (1985) .................................................................................................44
2.5.6. MODELOS DE BIELAS E TIRANTES APRESENTADOS EM BRUGGELING &HUYGHE (1991).....................................................................................50
2.5.7. MODELO DE PROJETO DE ELLIOTT (1996) .............................................52
2.5.8. MODELO DE PROJETO DE OSANAI ET AL. (1996) ...................................54
2.5.9. MODELO E RECOMENDAES DE PROJETO SEGUNDO A CNR-10025/98(1998)........................................................................................................60
2.5.10. MODELOS DE BIELAS E TIRANTES APRESENTADOS EM LCIO & SILVA(2000)......................................................................................................64
2.5.11..MODELO E RECOMENDAES DE PROJETO DA EMPRESA MUNTEAPRESENTADOS EM MELO (2004).........................................................69
2.6. APLICAO DE MODELOS DE PROJETO E ANLISE CRTICA DOS ESTUDOSEXISTENTES SOBRE O CLICE DE FUNDAO ..........................................73
CAPTULO.3.-.VARIVEIS DO CLICE DE FUNDAO E SIMULAESNUMRICAS PRELIMINARES .........................................................................88
3.1. CONSIDERAES INICIAIS........................................................................ 88
3.2. A RUGOSIDADE DA INTERFACE PILAR-COLARINHO...............................89
3.2.1. A INTERFACE PILAR-COLARINHO E AS CHAVES DE CISALHAMENTO .......89
3.2.2..AVALIAO DOS PARMETROS DA FORMA DAS CHAVES DE
CISALHAMENTO........................................................................................903.3. SIMULAES NUMRICAS PRELIMINARES...............................................98
3.3.1. CONSIDERAES INICIAIS.........................................................................98
3.3.2. SINGULARIDADES DAS NO-LINEARIDADES FSICA E DE CONTATO ........98
3.3.3. ELEMENTOS FINITOS UTILIZADOS ...........................................................102
3.3.4. CONSOLOS...............................................................................................104
3.3.5. CLICE DE FUNDAO ...........................................................................114
3.3.5.1. SIMULAO NUMRICA 1......................................................................1153.3.5.2. SIMULAO NUMRICA 2......................................................................127
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CAPTULO 4 - INVESTIGAO EXPERIMENTAL .........................................143
4.1. CONSIDERAES INICIAIS ......................................................................143
4.2..DELINEAMENTO DAS VARIVEIS E MODELOS INVESTIGADOSEXPERIMENTALMENTE............................................................................144
4.3. PROGRAMA EXPERIMENTAL...................................................................148
4.3.1..CARACTERIZAO DOS MATERIAIS E ESTUDO DE DOSAGEM DOCONCRETO DA JUNTA..............................................................................148
4.3.2. MODELO PILOTO.....................................................................................150
4.3.3. MODELOS IL1, IL2 E IL3 ........................................................................150
4.3.3.1. DIMENSIONAMENTO E DETALHAMENTO............................................. 150
4.3.3.2. INSTRUMENTAO................................................................................ 1544.3.3.3. CONFECO E ENSAIO DOS MODELOS IL1, IL2 E IL3......................... 157
4.3.4. MODELOS IR1 E IR2................................................................................159
4.3.4.1. DIMENSIONAMENTO E DETALHAMENTO............................................. 159
4.3.4.2. INSTRUMENTAO................................................................................ 163
4.3.4.3. CONFECO E ENSAIO DOS MODELOS IR1 E IR2................................ 165
4.4..DISPOSITIVOS, INSTRUMENTOS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NOSENSAIOS...................................................................................................168
4.5. PROCEDIMENTO DE ENSAIO ...................................................................171
CAPTULO 5 - APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ..................172
5.1. CARACTERIZAO DO CONCRETO E DO AO .......................................172
5.2. ANLISE DO MODELO PILOTO ................................................................173
5.3. RESULTADOS EXPERIMENTAIS................................................................179
5.3.1. RESISTNCIA E RUPTURA DA LIGAO ...................................................179
5.3.2. EFEITO DOS CICLOS DE PR-CARREGAMENTO ........................................181
5.3.3..COMPORTAMENTO DA ARMADURA HORIZONTAL SUPERIORTRANSVERSAL (AS,HFT) ..........................................................................184
5.3.4..COMPORTAMENTO DA ARMADURA HORIZONTAL SUPERIORLONGITUDINAL (AS,HSUP)......................................................................191
5.3.5. COMPORTAMENTO DAS ARMADURAS DO TIRANTE (AS,TIR) E DE COSTURA(AS,COST) ................................................................................................199
5.3.6..COMPORTAMENTO CONJUNTO DAS ARMADURAS (AS,HFT, AS,HSUP,AS,TIREAS,COST) ...................................................................................212
5.3.7. TRANSDUTORES DE DESLOCAMENTO .....................................................214
5.3.8. FISSURAO ............................................................................................222
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5.4. RESULTADOS TERICOS ......................................................................... 229
5.4.1. RESULTADOS NUMRICOS VERSUS EXPERIMENTAIS ...............................229
5.4.1.1. MODELOS IL2 E IL3...............................................................................229
5.4.1.2. MODELOS IR1 E IR2...............................................................................240
5.4.2. APLICAO DOS MODELOS DE PROJETO DA LITERATURA NOS PROTTIPOSENSAIADOS ..............................................................................................246
5.4.3. PROPOSTA DE MODELO DE PROJETO E COMPARAO COM RESULTADOSEXPERIMENTAIS ......................................................................................248
5.5. RECOMENDAES GERAIS PARA O PROJETO DO CLICE DE FUNDAOCOM COLARINHO...................................................................................257
CAPTULO 6 - CONSIDERAES FINAIS E CONCLUSES ...........................260
6.1. CONSIDERAES FINAIS ........................................................................ 260
6.2. CONCLUSES..........................................................................................261
6.3. SUGESTES PARA FUTURAS PESQUISAS .................................................263
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................264
ANEXO A-ALGUNS MODELOS TERICOS PARA CHAVES DE CISALHAMENTO...................................................................................................................269
A.1. MODELO DE FAUCHART & CORTINI (1972).................................269A.2. MODELO DE LACOMBE & POMMERET (1974)..............................271
A.3. MODELO DE RIZKALLA ET AL. (1989)............................................... 273
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Lista de smbolos i
LLIISSTTAADDEESSMMBBOOLLOOSS
a1, a2, a3 -.Deslocamentos centrais relativos na parede transversal 1
ac -.Distncia do ponto de aplicao da fora vertical do consolo aoencontro consolo-pilar ou consolo-base da fundao
Ac -.rea da seo transversal da ligao de painis com junta
ach -.rea de corte das chaves distribuda ao longo do comprimento daligao
Ach -.rea da seo transversal da parte da ligao referente s chaves dospainis com junta
Ach,fr -.rea frontal da chave
Acs -.rea da seo transversal mdia da parte diagonal da biela da ligaode painis com junta
Ai,par -.rea da superfcie lateral interna das paredes
embAl -.rea da seo longitudinal do embutimento
Ar -.rea da seo transversal total das fissuras diagonais nas chaves daligao de painis com junta
As,b -.Armadura em forma de U disposta na base do pilar para resistir fora Hinf,d
As,ch1 -.rea dos chumbadores de fixao do clice
As,ch2 -.rea das barras transversais soldadas nos chumbadores de fixao doclice
As,cost -.rea da armadura de costura
As,costl -.rea da armadura de costura longitudinal disposta nas paredes 3e 4As,costl1 -.rea da armadura de costura longitudinal 1, situada na primeira
camada (mais prxima do lado tracionado)
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Lista de smbolos ii
As,costl2 -.rea da armadura de costura longitudinal 2, situada na segundacamada (mais prxima do lado comprimido)
As,costt -.rea da armadura de costura transversal disposta nas paredes 1e 2
As,dist -.rea da armadura de distribuioAs,distl -.rea da armadura de distribuio longitudinal disposta nas paredes 3
e 4
As,distt -.rea da armadura de distribuio transversal disposta nas paredes 1e2
As,hft -.rea da armadura horizontal superior transversal disposta no topo daparede transversal 1para absorver a flexo-trao dessa parede
As,hfte -.rea do ramo externo da armadura de flexo-trao da paredetransversal 1
As,hfti -.rea do ramo interno da armadura de flexo-trao da paredetransversal 1
As,hinf -.Armadura disposta horizontalmente na regio inferior do colarinhopara resistir 2/)N.H( d,bfdinf,
As,hsup -.rea da armadura horizontal superior longitudinal para transmitir afora Hsup,d/2, referente a uma parede longitudinal
As,hsupe -.rea do ramo externo da armadura horizontal superior longitudinaldas paredes 3e 4
As,hsupi -.rea do ramo interno da armadura horizontal superior longitudinaldas paredes 3e 4
As,sus -.rea da armadura de suspenso
As,tir -.rea da armadura do tirante do consolo
As,tir1 -.Armadura do tirante no canto 1calculada para o caso de flexo oblqua
As,tir2 -.Armadura do tirante no canto 2calculada para o caso de flexo oblqua
As,tir3 -.Armadura do tirante no canto 3calculada para o caso de flexo oblqua
As,tir3x -.Armadura do tirante no canto 3calculada para o momentoMxdno casode flexo oblqua
As,tir3y -.Armadura do tirante no canto 3calculada para o momentoMydno casode flexo oblqua
As,tir4 -.Armadura do tirante no canto 4calculada para o caso de flexo oblqua
Asv,bf -.Armadura vertical que chega na base da fundao
asw -.rea da armadura transversal ligao dos painis com junta
Asx,bf -.rea da armadura da base da fundao na direo x
Asx,bf -.rea da armadura no trecho btp
Asy,bf -.rea da armadura da base da fundao na direo y
Asy,bf -.rea da armadura no trecho htp
Atot -.rea total da fundao
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Lista de smbolos iii
Atp -.Superfcie lateral do tronco piramidal de puno
b -.Base da seo transversal do pilar
bbf -.Base da seo em planta da base da fundao
bbie -.Base da biela de compresso
bext -.Base externa entre as paredes do colarinho
bint -.Base interna entre as paredes do colarinho
bj -.Espessura da junta de ligao dos painis com chaves de cisalhamento
btp -.Base do tronco piramidal de puno
c -.Cobrimento da armadura
Cd, C1d, ,
C11d
-.Foras nas bielas de compresso dos modelos de biela e tirante deLCIO & SILVA (2000)
d -.Altura til do pilar
d -.Distncia do centride da armadura de trao e compresso fibraextrema tracionada e comprimida, respectivamente
d2 -.Altura til das armaduras de costura longitudinais (As,costl1)
d3 -.Altura til das armaduras de costura longitudinais (As,costl2)
dbf -.Altura til da base da fundao
dc -.Altura til do consolo ou do clice para o clculo da resistnciamonoltica
dft -.Altura til do ramo interno ou externo da armadura de flexo-trao daparede transversal 1
dx -.Altura til da base da fundao referente armadura na direo x
dy -.Altura til da base da fundao referente armadura na direo y
e -.Excentricidade da fora normal
E -.Mdulo de elasticidade
Ec -.Mdulo de elasticidade do concreto
ech -.Espaamento entre eixos das chaves de cisalhamento
ech -.Espaamento interno entre chaves de cisalhamento
Ecm -.Valor mdio do mdulo de elasticidade do concreto
Ecs -.Mdulo de elasticidade secante do concreto
eft -.Distncia de Rft,d e Rft,dao n central do modelo de biela e tirante daparede transversal 1(CNR-10025/98 (1998))
enb -.Excentricidade da fora normal na base da fundao em relao aocentro de gravidade do pilar
Ep -.Mdulo plstico
ers -.Excentricidade da fora Rsolo
Es -.Mdulo de elasticidade do ao
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Lista de smbolos iv
Esp -.Mdulo plstico do ao
ev -.Excentricidade da fora horizontal V/Vdem relao ao topo da ligao
F -.Funo do estado de tenses principais
f1 -.Resistncia trao do concreto para um estado de tenso hidrostticabiaxial
f2 -.Resistncia compresso do concreto para um estado de tensohidrosttica biaxial
Fat,bf -.Fora de atrito na base da fundao
Fat,bf,d -.Valor de clculo da fora de atrito na base da fundao
Fat,hft -.Fora de atrito na parede transversal 1devido flexo-trao desta
Fat,hft,d -.Valor de clculo da fora de atrito na parede transversal 1 devido
flexo-trao destaFat,inf -.Fora de atrito na regio inferior da parede transversal 2
Fat,inf,d -.Valor de clculo da fora de atrito na regio inferior da paredetransversal 2
Fat,long -.Fora de atrito longitudinal entre a junta e os elementos na direo dasparedes 3e 4
Fat,sup -.Fora de atrito na regio superior da parede transversal 1
Fat,sup,d -.Valor de clculo da fora de atrito na regio superior da paredetransversal 1
Fat1,d, Fat2,d -.Foras de atrito do modelo da Empresa Munte em MELO (2004)
Fbu,x -.Fora resultante horizontal de aderncia
Fbu,y -.Fora resultante vertical de adeso
fc -.Resistncia compresso do concreto
fcb -.Resistncia compresso biaxial do concreto
fcd - Resistncia de clculo compresso do concreto
fcd -.Resistncia de clculo compresso do concreto relativa ao corpo-de-prova cbico
fck - Resistncia caracterstica compresso do concreto
fck,mn - Resistncia caracterstica mnima compresso do concreto
fck -.Resistncia caracterstica compresso do concreto relativa ao corpo-de-prova cbico
fcm -.Resistncia mdia compresso do concreto
fcr - Resistncia compresso da junta fissurada
fct - Resistncia do concreto trao direta
fct,f - Resistncia do concreto trao na flexo
fct,sp - Resistncia do concreto trao por compresso diametral
fctd - Resistncia de clculo do concreto trao direta
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Lista de smbolos v
fctk - Resistncia caracterstica do concreto trao direta
fctk,inf - Resistncia caracterstica inferior do concreto trao direta
fctm - Resistncia mdia do concreto trao direta
fctm,f - Resistncia mdia do concreto trao na flexo
fctm,sp - Resistncia mdia do concreto trao por compresso diametral
FKN - Fator de rigidez normal
fst - Resistncia trao do ao
fstm - Resistncia mdia trao do ao
Ftir - Fora no tirante do consolo
Ftir,d - Valor de clculo da fora no tirante do consolo
FTOLN -.Fator de tolerncia para a penetrao normal entre os elementos decontato e alvo
Fv - Fora vertical concentrada na viga
fy - Resistncia ao escoamento do ao
Fy - Fora de escoamento na armadura
fyd - Resistncia de clculo ao escoamento do ao
fyk - Resistncia caracterstica ao escoamento do ao
fym - Resistncia mdia ao escoamento do ao
gcont - Abertura entre o elemento de contato e o alvoh - Largura da seo transversal do pilar
Ha1, Ha2 -.Reaes horizontais na viga da modelagem do comportamento daparede transversal 1
hbf - Largura da seo em planta da base da fundao
hbie - Espessura da biela de compresso do consolo
hbie -.Espessura na direo vertical da biela de compresso do consolo dasparedes 3e 4(CNR-10025/98 (1998))
hc - Espessura da parede do colarinhohch - Altura da chave de cisalhamento
hcon - Altura da seo transversal do consolo
hext - Largura externa entre as paredes do colarinho
Hinf -.Fora de compresso inferior oriunda da presso do pilar na paredetransversal 2
Hinf,d -.Valor de clculo da fora de compresso inferior oriunda da presso dopilar na parede transversal 2
hint - Largura interna entre as paredes do colarinho
hj - Espessura da junta de ligao do clice com o pilar
hn - Largura onde se distribui a fora Nbf,d
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Lista de smbolos vi
Hsup -.Fora de compresso superior oriunda da presso do pilar na paredetransversal 1
Hsup,d -.Valor de clculo da fora de compresso superior oriunda da presso
do pilar na parede transversal 1Hsup1,d -.Valor de clculo da fora de compresso superior oriunda da presso
do pilar na parede transversal 1do modelo 1 (OSANAI et al. (1996)) ouda modelagem do comportamento dessa parede
Hsup2,d -.Valor de clculo da fora de compresso superior oriunda da pressodo pilar na parede transversal 1do modelo 2 (OSANAI et al. (1996)) ouda modelagem do comportamento dessa parede
htp - Largura do tronco piramidal de puno
hv - Altura da seo transversal da viga
hviga - Altura da viga metlica de aplicao do carregamentobl - Comprimento de ancoragem
bfl - Espessura da base da fundao
cl - Comprimento do consolo
chl - Base maior da chave de cisalhamento
'chl - Base menor da chave de cisalhamento
embl -.Comprimento de embutimento do pilar no clice (no se considera aaltura da junta abaixo do pilar em relao base da fundao)
fl - Altura da fundao
hl - Distncia onde a fora Hsup,d distribuda no colarinho
jl -.Comprimento da junta de ligao dos painis com chaves decisalhamento
ol -.Distncia da fora Hsup,d /2ao n inferior do modelo de biela e tirantedo consolo das paredes 3 e 4 (CNR-10025/98 (1998))
pl - Comprimento do pilar
vl - Distncia onde a fora Vd distribuda no colarinho
vigal - Comprimento da viga
l - Comprimento da armadura
M - Momento fletor
M1d - Momento de clculo do modelo 1 (OSANAI et al. (1996))
M2d - Momento de clculo do modelo 2 (OSANAI et al. (1996))
Md - Momento fletor de clculo
MO - Momento no ponto O
Mo -.Momento que, com a ao simultnea da fora normal Nbf,d, ocasionaum estado de tenso nulo no canto do pilar
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Lista de smbolos vii
Mu - Momento ltimo
Mxd - Momento de clculo na direo x
Myd - Momento de clculo na direo y
n - Fora normal aplicada no painel por comprimento da ligao
N - Fora normal
n1 -.Grau do polinmio da modelagem do comportamento da paredetransversal 1
N1d, N2d -.Reaes normais na base da fundao do modelo de biela e tirante deLCIO & SILVA (2000)
Nbf - Fora normal admissvel puno na base da fundao
Nbf - Fora normal na base da fundao
Nbf,d - Valor de clculo da fora normal na base da fundaonch - Nmero de chaves de cisalhamento
Nconv - Fora ltima de convergncia
Nd - Fora normal de clculo
Ndesl - Fora normal de deslocamento
Nnum - Fora numrica
Nu - Fora ltima
Nu,exp - Fora ltima experimental
Nu,teo - Fora ltima terica
P - Fora no consolo numrico
pbf1,d - Presso maior na base da fundao
pbf2,d - Presso menor na base da fundao
pcont - Penetrao do elemento de contato no alvo
pinf,d - Presso na base da parede transversal 2
pM - Presso devido ao momento nos elementos na cabea do pilar
pN - Presso da fora normal nos elementos na cabea do pilarpsup,d - Presso no topo da parede transversal 1
Pu - Fora ltima no consolo fsico
Rc - Resultante de compresso no concreto
Rcd - Valor de clculo da resultante de compresso no concreto
Rest - Rigidez normal estimada peloANSYS 5.5
Rfinal - Rigidez normal final de clculo
Rft,d -.Reao do modelo de biela e tirante da parede transversal 1 referente
ao ramo externo da armadura de flexo-trao (CNR-10025/98 (1998))
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Lista de smbolos viii
Rft,d -.Reao do modelo de biela e tirante da parede transversal 1 referenteao ramo interno da armadura de flexo-trao (CNR-10025/98 (1998))
Rinf -.Resultante de compresso inferior na parede transversal 2, igual a
soma de Hinf
e Fat,bf
Rinf,d -.Valor de clculo da resultante de compresso inferior na parede
transversal 2, igual a soma de Hinf,de Fat,bf,d
Rp -.Resultante de presso na parede transversal 1 com distribuioparablica
Rs -.Resultante na armadura tracionada
Rs - Resultante na armadura comprimida ou menos tracionada
Rs1,d -.Resultante das armaduras verticais da parede transversal 2situadas nalinha mdia
Rs2,d -.Resultante das armaduras de costura longitudinais (As,costl1) situadas naaltura til d2
Rs3,d -.Resultante das armaduras de costura longitudinais (As,costl2) situadas naaltura til d3
Rsd - Valor de clculo da resultante na armadura tracionada
Rsd -.Valor de clculo da resultante na armadura comprimida ou menostracionada
Rsolo - Resultante da presso do solo na aba da sapata
s - Espaamento entre barras de armaduraS -.Superfcie de ruptura expressa em termos das tenses principais e dos
cinco parmetros do modelo Concrete
scont - Deslizamento entre o elemento de contato e o alvo
T - Temperatura
Txd, Tyd, Td,
T1d, , T7d
-.Foras nos tirantes do modelo de biela e tirante de LCIO & SILVA(2000)
u - Permetro do contorno crtico para verificao da puno
u1 - Permetro superior da base do tronco piramidal de punou2 - Permetro inferior da base do tronco piramidal de puno
ux - Deslocamento na direo x
V - Fora cortante
V1d - Fora horizontal de clculo do modelo 1 (OSANAI et al. (1996))
V2d - Fora horizontal de clculo do modelo 2 (OSANAI et al. (1996))
Va1, Vb1, Va2,
Vb2-.Reaes verticais na viga da modelagem do comportamento da parede
transversal 1
Vc -.Fora cortante devido compresso das bielas entre fissuras diagonaisda ligao de painis com junta
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Lista de smbolos ix
Vc -.Fora de compresso das bielas entre fissuras diagonais da ligao depainis com junta
Vd - Fora cortante de clculo
Vf -.Fora cortante devido ao atrito ao longo da superfcie de deslizamentoda ligao de painis com junta
Vpar -.Fora de compresso na superfcie lateral internaAi,pardo colarinho
Vr -.Fora de fissurao que corresponde ao incio de fissuras diagonais naschaves da ligao dos painis com junta
Vrb -.Fora de fissurao oriunda da presso de contato na parte inclinadada chave da ligao de painis com junta
Vrf - Fora de fissurao por atrito da ligao de painis com junta
Vs -.Fora ltima em um deslizamento de 5 mmna ligao de painis comjunta
Vsd - Valor de clculo da fora cortante na extremidade inferior do pilar
Vsd,red -.Valor de clculo da fora cortante reduzida na extremidade inferior dopilar
x - Altura da linha neutra
px - Posio da resultante Rpem relao ao centro da parede transversal 1
y - Distncia do ponto de aplicao de Hsup/Hsup,dao topo do colarinho
y - Distncia do ponto de aplicao de Hinf/Hinf,d base do pilar
y - Distncia do ponto de aplicao de Rinf/Rinf,d base do pilar
z - Brao de alavanca entre o binrio de foras Hsup/Hsup,de Hinf/Hsup,d
Zbase - Dimenso do elemento da armadura na base da fundao
Zcol - Dimenso do elemento da armadura no colarinho
zft -.Distncia entre os centrides dos ramos interno e externo da armadurade flexo-trao da parede transversal 1(CNR-10025/98 (1998))
zhsup -.Distncia entre os centrides dos ramos interno e externo da armadurahorizontal superior longitudinal das paredes 3 e 4 (CNR-10025/98
(1998))
Letras gregas:
- Relao entre a tenso mdia de compresso e tenso mxima decompresso do concreto
c -Inclinao da parte diagonal da biela com a horizontal da ligao dospainis com chaves
ch -.Inclinao da face da chave em relao linha paralela ao eixo dajunta
lim,ch - Inclinao limite da face da chave em relao linha paralela ao eixoda junta
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Lista de smbolos x
e - Relao entre os mdulos de elasticidade do ao e do concreto
fi , fi , fi - Inclinaes das fissuras na junta de ligao dos painis com chaves
ft,s - Relao entre as reas dos ramos interno e externo da armadura de
flexo-trao da parede transversal 1(CNR-10025/98 (1998))
tp - ngulo de inclinao do tronco piramidal de puno
2v - Coeficiente utilizado no dimensionamento fora cortante
- ngulo de inclinao da biela de compresso do consolo
1 - Coeficiente que majora a capacidade por cisalhamento na extremidadeinferior do pilar devido flexo-compresso
2 - Coeficiente que majora a capacidade por cisalhamento com o objetivode considerar a proximidade entre as foras Hsup,de Hinf,d
c - Coeficiente de transferncia de cisalhamento para uma fissura fechada
t - Coeficiente de transferncia de cisalhamento para uma fissura aberta
z - Fator que representa a variao no brao de alavanca z (modelo deWILLERT & KESSER (1983))
- Deformao especfica normal
pl - Deformao especfica normal plstica
s - Deformao especfica na armadura
base,s - Deformao no elemento da armadura na base da fundao
col,s - Deformao no elemento da armadura no colarinho
mx,s - Deformao mxima na armadura
's - Deformao especfica na armadura comprimida
si - Deformao inicial no chumbador
ym - Deformao especfica de incio de escoamento
- Dimetro da armadura
ag - Dimetro mximo do agregado grado
r - ngulo da taxa de armadura (rebar) relativo ao plano XY
c - Coeficiente de minorao da resistncia do concreto
f - Coeficiente de majorao dos esforos
s - Coeficiente de minorao da resistncia do ao
- Constante para verificao da puno
c - Relao entre ol e dc do consolo das paredes 3 e 4 (CNR-10025/98(1998))
ch - Relao entre a base maior chl e a altura hchda chave de cisalhamentoft - Relao entre efte zft
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Lista de smbolos xi
x - Tangente do ngulo formado pela distncia de Rsolo a um ponto naligao colarinho-base da fundao e a altura til da base da fundaoreferente armadura na direo x
- Coeficiente de atritof - Coeficiente de atrito no carregamento final do modelo numrico
i - Coeficiente de atrito no carregamento inicial do modelo numrico
inf - Coeficiente de atrito na regio inferior da parede transversal 2
sup - Coeficiente de atrito na regio superior da parede transversal 1
- ngulo de inclinao das diagonais de compresso em relao ao eixolongitudinal da viga ou da fora inclinada na parede transversal 1sobflexo-trao
ch - Inclinao da face da chave em relao linha perpendicular ao eixoda junta
r - ngulo da taxa de armadura (rebar) referente ao eixo x
- Taxa geomtrica da armadura do tirante do consolo
bf - Taxa geomtrica da armadura da base da fundao
x - Taxa geomtrica da armadura da base da fundao na direo x
y - Taxa geomtrica da armadura da base da fundao na direo y
- Tenso normal
1 , 2 , 3 - Tenses principais
cd - Valor de clculo da tenso de compresso no concreto
cm - Tenso mdia de compresso no concreto
cont - Presso nos elementos de contato
e - Tenso equivalente para um estado multiaxial de tenso
ple - Tenso equivalente plstica para um estado multiaxial de tenso
ext - Tenso no canto do pilar
h - Estado de tenso hidrostticon - Tenso normal de compresso
par,n - Tenso de compresso uniformemente distribuda na superfcie lateralinternaAi,parda parede
o - Constante igual a 100 MPa do modelo emprico de GOLOSOV &KOROVIN (1978)
s - Tenso axial na armadura
par,t - Mxima tenso de trao na parede
exp,u - Tenso ltima experimental do consolo, relao entre a fora dovertical no consolo e a rea de sua seo transversal
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Resumo xiii
RREESSUUMMOO
CANHA, R. M. F. (2004). Estudo terico-experimental daligao pilar-fundao por meio de clice em estruturas de concreto pr-moldado. Tese
(Doutorado) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So
Carlos. 2004.
Este trabalho apresenta uma anlise terico-experimental da ligao pilar-
fundao por meio de clice em estruturas de concreto pr-moldado, com nfase no
colarinho. No programa experimental, foram ensaiados cinco prottipos sob fora
normal com grande excentricidade, variando-se o tipo e condio de interface: trs com
interface lisa, onde em dois foi eliminada a adeso para representar a situao mais
adequada de projeto; e dois com interface rugosa, com duas configuraes diferentes
de chaves de cisalhamento. Foram realizadas simulaes numricas pelo Mtodo dos
Elementos Finitos nos modelos lisos sem adeso, com as no-linearidades fsica e de
contato, e nos clices rugosos, considerando-se a no-linearidade fsica e a aderncia
perfeita das interfaces. Os resultados experimentais indicaram a necessidade de se
reavaliar os principais mtodos de projeto para essa ligao. Desta forma, foi proposto,
para o clice liso, um modelo de projeto considerando o atrito entre as interfaces e o
clculo das paredes longitudinais como consolos. J para o clice com interface rugosa,
como foi verificada a proximidade do comportamento dos modelos fsicos rugosos com
uma ligao monoltica, recomendou-se o dimensionamento de suas armaduras
verticais, admitindo a transferncia total dos esforos, e das armaduras horizontais
superiores tambm com o funcionamento das paredes longitudinais como consolos. Os
modelos numricos apresentaram uma boa convergncia e semelhanas na fissurao e
no caminho de tenses em relao aos prottipos fsicos, apesar das deformaes terem
sido menores que as observadas experimentalmente.
Palavras-chave: ligao, clice de fundao, concreto pr-moldado, colarinho, chave decisalhamento, investigao experimental, simulao numrica.
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Abstract xiv
AABBSSTTRRAACCTT
CANHA, R. M. F. (2004). Theoretical-experimental analysis of
column-foundation connection through socket of precast concrete structures. Ph.D.
Thesis Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos.
2004
This research presents a theoretical-experimental analysis of column-foundation
connection through socket of precast concrete structures, with emphasis in pedestal
walls. The experimental program included five models submitted to normal load with
large eccentricity, changing the type and the condition of interface: three models had
smooth interface and two models had rough interface. In two of smooth models, the
bond was eliminated to represent the more appropriate situation of design. Two
different configurations of shear keys were used in rough models. Numerical
simulations, by Finite Elements Method, were developed on the smooth models
without bond, using physical and contact non-linear analyses, and on the rough socket
connections, using physical non-linear analysis and perfect adherence of interfaces. The
experimental results indicated the need to revalue the principal design methods for
this connection. In that way, a design model was proposed for the smooth socket
connection, considering friction between the interfaces, and the design of longitudinal
walls was suggested as corbels. As it was verified the proximity of rough physical
models behavior with a monolithic connection, its vertical reinforcings design was
recommended, admitting the total transfer of the efforts. Superior horizontal
reinforcings design of these rough models was suggested using corbels
recommendations for longitudinal walls. Numerical models had a good convergence
and likeness with cracking and tensions field of physical prototypes, in spite of
deformations have been smaller than experimental results.
Key-words: connection, socket base, precast concrete, pedestal walls, shear key,
experimental research, numerical simulation.
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Captulo 1 1
CCAAPPTTUULLOO
11
IINNTTRROODDUUOO
11..11..GGEENNEERRAALLIIDDAADDEESS
Na busca de espao cada vez maior do concreto pr-moldado, os engenheirostm-se motivado a procurar para o projeto das estruturas com esse tipo de concreto,solues mais econmicas sem afetar a segurana estrutural. Baseado nisso, uma das
principais alavancas para a otimizao do clculo estrutural e o desenvolvimento denovas inovaes tecnolgicas no campo das estruturas de concreto pr-moldado so asatividades de pesquisa, nas quais merece destaque o estudo das ligaes.
Com relao ao comportamento estrutural, uma estrutura de concreto pr-moldado diferencia-se principalmente de uma estrutura convencional de concreto pelaexistncia das ligaes entre os seus elementos. Embora a falta de monolitismo possaser compensada pelo controle de qualidade na confeco dos seus elementos e namontagem das estruturas, as ligaes constituem um ponto delicado quanto ao projetoe detalhamento, pois so regies de descontinuidade onde ocorrem concentraes de
tenses. Torna-se necessrio, portanto, para as ligaes dessas estruturas, um bomprojeto que combine praticidade e economia, e que obedea a critrios comoresistncia, rigidez, ductilidade e durabilidade.
As ligaes so responsveis pela distribuio de esforos na estrutura, a qualinterfere no comportamento da mesma, pois podem impedir ou mobilizar total ouparcialmente deslocamentos e esforos decorrentes dos seus elementos adjacentes.Dessa forma, baseando-se na deformao que ocorre na ligao quando solicitada flexo, esta pode ser classificada como articulada, rgida ou semi-rgida.
Conforme FERNNDEZ ORDEZ et al. (1974), a influncia das ligaes naconstruo pr-moldada to predominante, que alguns especialistas afirmam que asuperao dos mtodos construtivos convencionais pelos pr-moldados tem sido
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Introduo 2
impedida devido s questes tcnicas referentes s ligaes. Em uma lista com 40prioridades de pesquisa no campo das estruturas pr-moldadas de concreto, de acordocom a consulta efetuada noAPPLIED TECHNOLOGY COUNCIL, em Berckley em 1981,
a qual referenciada em CHEOK & LEW (1991), destaca-se o desenvolvimento derecomendaes prticas para o projeto de ligaes tpicas. Segundo o levantamentofeito pelo PCI COMMITEE ON RESEARCH AND DEVELOPMENTsobre as principaisnecessidades de pesquisa, apresentado em JOHAL et al. (1991), merece destaque oestudo das ligaes.
Pelo que se tem conhecimento, o primeiro estudo sistematizado sobre ainvestigao experimental em ligaes iniciou-se na dcada de 60 pela Portland Cement
Association(PCA), cujo programa abrangeu estudos sobre a continuidade em elementospr-moldados em duplo T, a resistncia do apoio no topo de pilares e vigas pr-
moldadas, ligaes viga-viga e viga-pilar com fixao atravs de parafusos em dentesrebaixados e a resistncia de consolos e ligaes por chapas metlicas em bases depilares.
Outro programa de pesquisa denominado de Moment Resistant Connections andSimple Connections do projeto PCI-SFRAD(Specially Funded Research and DevelopmentPrograms 1 and 4 PCI 1/4) fundado nos Estados Unidos em 1986 aborda o estudoexperimental de vrios tipos de ligaes viga-pilar, cujos resultados so encontradosem DOLAN et al. (1987).
O Programa de Pesquisa PRESSS(Precast Seismic Structural Systems) iniciado
entre os Estados Unidos e Japo em 1990 tem como objetivo estudar eficientes sistemasestruturais pr-moldados de concreto resistentes a aes ssmicas e fornecerrecomendaes de projeto para incorporao nos cdigos modelo de construo. Oprojeto foi subdividido em trs fases: (i) projetos de carter de definio de critrios ede diretrizes bsicas; (ii) projetos relacionados com o estudo do comportamento eensaios de ligaes; (iii) projetos relacionados a ensaios de estruturas de edifcios.
Sob a responsabilidade da Unio Europia, o programa de pesquisa COST C1(Semi-Rigid Behaviour of Civil Engineering Structural Connections) foi criado em maiode 1991 e finalizado em 1998, e tinha como principais objetivos: a) aumentar o banco de
dados referente ao comportamento das ligaes; b) utilizar tcnicas computacionaispara extrapolar os dados, com a finalidade de abranger mais condies de geometria ecarregamento; e c) padronizar medies de rigidez, na forma de curvas momento fletorversus rotao, as quais podem ser utilizadas em programas computacionais destinadosao projeto de estruturas de concreto pr-moldado.
Com a finalidade de investigar as ligaes semi-rgidas viga-pilar, viga-viga epilar-fundao mais utilizadas pela indstria francesa e de direcionar os estudos sobreligaes para as estruturas em esqueleto, em 1990, foi criado pelo centro de pesquisa daindstria de concreto pr-moldado da Frana (CERIB French Precast Concrete IndustryStudy and Research Centre) o programa de pesquisa Investigation of the Behaviour of theSemi-rigid Connections. Em COMAIR & DARDARE (1992), destaca-se a ligao atravs
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Captulo 1 3
do clice dentre as ligaes pilar-fundao a serem investigadas experimentalmentepela indstria francesa.
Em So Carlos, o primeiro trabalho de pesquisa sobre ligaes foi desenvolvido
por BALLARIN (1993), no qual encontra-se um amplo estado da arte, as bases defundamentao terica e as principais prioridades de pesquisa nessa rea no Brasil.
No projeto de sistemas estruturais em concreto pr-moldado na linha depesquisa Estruturas de Concreto e de Alvenaria do Departamento de Engenharia daEESC-USP, especificamente na rea de ligaes, alguns trabalhos foram desenvolvidosnos ltimos anos, dos quais so citados os seguintes:
Na dissertao de mestrado de FERREIRA (1993), foram desenvolvidasexpresses analticas para a determinao da deformabilidade de alguns tiposde ligaes pr-moldadas. FERREIRA (1999), em seu doutorado, investigouexperimentalmente dois tipos de ligaes pr-moldadas, onde foramexplorados os seus comportamentos flexo, cisalhamento e toro eaperfeioadas, com os resultados dos ensaios, as expresses analticasabordadas em FERREIRA (1993).
ARAJO (1997), em seu mestrado, abordou terica e experimentalmente ocisalhamento na interface entre concreto pr-moldado e concreto moldado nolocal em vigas e lajes compostas, apresentando os modelos analticos eempricos e indicaes de normas sobre o assunto. Recentemente, ARAJO(2002) estudou, no seu doutorado, vigas compostas formadas por viga e lajepr-moldadas de concreto, com a ligao na interface constituda por conectoresmetlicos associados com concreto moldado no local. A partir dos resultadosdos ensaios fsicos, foi proposto um modelo analtico para representar ocomportamento das ligaes com chaves-de-cisalhamento.
No mestrado de SOARES (1998), foi analisada terica e experimentalmente adeformabilidade flexo da ligao viga-pilar executada com consolo echumbador, presente nos galpes pr-moldados. J na tese de doutorado deMIOTTO (2002), foram estudadas duas ligaes viga-pilar com nfase na
deformabilidade ao momento fletor: a primeira similar ligao avaliada emSOARES (1998); e a segunda, utilizada em edifcios com mltiplos pavimentos,possui uma armadura de continuidade e uma capa de concreto estrutural paragarantir a transmisso de momento fletor.
BARBOZA (2002), no seu doutorado, fez uma anlise torico-experimental docomportamento de juntas de argamassa sob compresso, com a finalidade depropor recomendaes de projeto que caracterizem a deformabilidade e aresistncia da junta, visando um melhor aproveitamento da capacidaderesistente do sistema pr-moldado. Para o preenchimento da junta, foram
utilizados materiais comercialmente disponveis e almofada de apoio deargamassa flexvel.
Portanto, com o estudo terico-experimental sobre o clice de fundao desse
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Introduo 4
trabalho, foi dada uma continuidade nas pesquisas sobre ligaes de estruturas deconcreto pr-moldado do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP.
11..22..OOBBJJEETTIIVVOOSS
Este trabalho tem como objetivo geral o estudo aprofundado da ligao pilar-fundao por meio de clice em estruturas de concreto pr-moldado, atravs de ensaiosem modelos fsicos e numricos.
Como objetivos especficos, tm-se:
Investigar experimentalmente o comportamento da ligao com interface lisa erugosa para os casos de grande excentricidade;
Analisar atravs da modelagem numrica o comportamento da ligao e,principalmente, da armadura do colarinho;
Validar a modelagem numrica com a pesquisa experimental;
Ajustar os processos simplificados de clculo existentes com os parmetrosobtidos da modelagem numrica e da pesquisa experimental.
11..33..JJUUSSTTIIFFIICCAATTIIVVAASS
Apesar desse tipo de ligao ser bastante utilizado no mundo inteiro e ser omais difundido no Brasil, ainda existe uma lacuna a ser preenchida entre os mtodosde projeto e um modelo terico mais consistente baseado em pesquisas experimentais.Alm disso, existe pouca bibliografia sobre o assunto, o que pode ser evidenciado nosegundo captulo desse trabalho, e no existem resultados experimentaisespecificamente relacionados com o comportamento do colarinho.
Portanto, uma pesquisa terico-experimental dessa ligao, torna-se necessriade modo a contribuir para o meio acadmico, com a soluo e explicao mais realista
do problema; e para o meio tcnico, com subsdios para o dimensionamento adequadoatendendo aos critrios de segurana e economia.
O crescente desenvolvimento de programas computacionais baseados noMtodo dos Elementos Finitos tem possibilitado a anlise das estruturas com maiorfacilidade, velocidade e com um grau de refinamento mais elevado. A investigaoexperimental pode validar um modelo numrico, possibilitando a sua utilizao futuracom a considerao dos diversos parmetros que influem no projeto e conduzindo,assim, a um dimensionamento mais econmico.
Com base nos ensaios numricos e experimentais, pretende-se sugerir uma
armadura mais racional do colarinho, em vista das poucas pesquisas que enfocam esseassunto. Em relao resistncia e a deformabilidade, tambm existem poucosresultados disponveis na literatura, sendo necessria, conseqentemente, uma anlise
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Captulo 1 5
mais detalhada dessas variveis em questo.
Outro aspecto importante que existiam incertezas relacionadas ao clculodessa ligao, das quais destacam-se as seguintes, abordadas nesse trabalho (vide
Figura 1.1 para auxiliar o entendimento): O quanto de conservadorismo est embutido no modelo de LEONHARDT &
MNNIG (1977) e da NBR-9062/85 (1985) para essa ligao. Verificar, ento,atravs do confronto dos resultados tericos com os experimentais, a parcela deatrito que contribui para a resistncia do clice;
At que ponto as armaduras de costura da parede transversal 2e das paredeslongitudinais 3e 4contribuem para a resistncia da ligao;
Baseando-se na investigao experimental, verificar a eventual flexo do topo
da parede transversal 1 oriunda da presso do pilar e a quantidade dearmadura necessria nessa regio e adequar, na medida do possvel, umprocedimento de clculo para o dimensionamento dessa armadura.
Se a altura da rugosidade mnima de 1 cmem 10 cmde junta recomendada pelaNBR-9062/85 (1985) proporciona um comportamento conjunto do pilar ecolarinho no caso de interface pilar-colarinho rugosa;
Essas variveis foram analisadas para os casos com grandes excentricidades decarga, pois so os mais comuns em estruturas de concreto pr-moldado. O estudo degrandes excentricidades se justifica ainda pelo fato de que, com exceo do estudo de
OSANAI et al.(1996) sobre a ligao sob fora horizontal e inclinada com uma grandedistncia em relao ao topo do colarinho, as pesquisas existentes, que se temconhecimento sobre essa ligao, focalizam apenas o seu comportamento sob cargacentrada ou com pequena excentricidade.
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Introduo 6
NM
V
parede 4
parede 3
pilar
parede
1
Hsup
Fat,sup
par
ede
2
infH
at,bfF
base
colarinho
parede
1
parede
2
par
ede
1
parede 3
parede 4
at,infF
bfN
colarinho
junta
flexo
parede 3 ou 4
basetirF
H / 2sup
biela
{
{
Armaduras principaisdo colarinho
longitudinais como consolosComportamento das paredes
armadurade costura
longitudinal
armadurado tirante
armadurade costuratransversal
1 1
2
2
3
4
5
1 - Por meio do concreto de preenchimento da junta, as solicitaes M e V sotransmitidas para as paredes 1 e 2, ocasionando uma presso nas mesmas
2 - As presses nessas paredes mobilizam foras de atrito
3 - A fora normal que chega na base da fundao, reduzida pela fora de atrito,
tambm tende a mobilizar atrito
4 - As presses na parede 1 so transmitidas por flexo, praticamente em suatotalidade nos casos usuais, para as paredes 3 e 4, por estas serem mais rgidaspara a transferncia de esforos para a base
5 - As foras nas paredes 3 e 4 so transmitidas para a base do clice com umcomportamento de consolo
6 - Armaduras do tirante e de costura longitudinal calculadas conforme os modelose recomendaes de consolos
7 - Armadura de costura transversal considerada geralmente igual armadura de
costura longitudinal
66
7
Figura 1.1 Aspectos da geometria, armaduras principais e comportamento do clice
de fundao adaptado de EL DEBS (2000)
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Captulo 1 7
11..44..MMEETTOODDOOLLOOGGIIAA
A metodologia empregada no desenvolvimento dessa pesquisa foi dividida nas
seguintes partes: reviso bibliogrfica, modelagem numrica preliminar, investigaoexperimental dos prottipos, calibrao dos modelos numricos e ajuste dos processossimplificados de clculo existentes.
Na reviso bibliogrfica, foram avaliadas as principais varireis de projeto queinfluem no comportamento da ligao, como o atrito na regio entre o pilar e o clice, aresistncia do concreto de preenchimento, o comprimento de embutimento do pilar, odetalhamento da armadura do pilar e da fundao, a excentricidade da fora normal, otipo de carregamento e outras. Pde-se perceber que apesar de existirem algumasrecomendaes normativas sobre o projeto dessa ligao, ainda existem dvidas sobre
os modelos de transferncia de esforos, clculo das armaduras e valores a seremadotados para algumas dimenses.
Atravs da modelagem numrica preliminar, foi feito um estudo dosparmetros e nos modelos de comportamento dos materiais no programacomputacional ANSYS 5.5 (ANSYS RELEASE 5.5 (1999)) de forma a direcionar suautilizao e calibrao posterior aos resultados experimentais.
Na investigao experimental, foram ensaiados prottipos em escala 1:1 sobgrande excentricidade, dando-se enfoque no colarinho com a variao da condio etipo de interface e a excentricidade da fora normal aplicada.
A calibrao e a validao da modelagem numrica foi realizada com osresultados obtidos na experimentao dos modelos fsicos, adotando-se algunsparmetros estudados nas simulaes numricas preliminares.
Os processos de clculo existentes foram reavaliados e ajustados com osresultados da investigao experimental, de forma a conduzir a um dimensionamentomais racional desse tipo de ligao.
11..55..AAPPRREESSEENNTTAAOODDAATTEESSEE
No Captulo 1, feita uma abordagem geral dos primeiros estudos sobreligaes de estruturas de concreto pr-moldado e so apresentados os objetivos, as
justificativas e a metodologia para o desenvolvimento desse trabalho.
O Captulo 2descreve inicialmente os principais tipos de ligao pilar-fundaode estruturas de concreto pr-moldado, apresentando-se depois, detalhadamente, oclice de fundao, as variveis que influem no seu comportamento, os estudosexperimentais e os modelos e recomendaes projeto para essa ligao. Faz-se no final
uma anlise crtica da bibliografia disponvel e uma aplicao desses modelos deprojeto para indicar as principais diferenas entre estes.
Aborda-se, no Captulo 3, o estudo de algumas variveis relacionadas com o
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Introduo 8
comportamento do clice e as simulaes numricas preliminares. So aplicados osprincipais modelos de clculo da literatura para chaves de cisalhamento, os quais sodescritos no Anexo A. Apresentam-se os resultados numricos de alguns consolos
ensaiados na literatura e do estudo de parmetros e modelos de comportamento dosmateriais doANSYS 5.5aplicados no clice de fundao.
So descritos, no Captulo 4, todos os aspectos da pesquisa experimental, taiscomo: variveis e modelos investigados; caracterizao dos materiais;dimensionamento, detalhamento, instrumentao e etapas de confeco e montagemdos prottipos; procedimento e esquema de ensaio, entre outros.
O Captulo 5apresenta juntamente com sua anlise e discusso os resultados dainvestigao experimental, como fora e tipo de ruptura dos modelos, comportamentodas armaduras e transdutores de deslocamento e fissurao. Mostra-se ainda a
aplicao dos mtodos de projeto da literatura nos modelos fsicos ensaiados, oconfronto entre os resultados numricos e experimentais, a proposta de modelo ealgumas recomendaes de projeto para o clice de fundao.
E por ltimo, no Captulo 6, so descritas as consideraes finais, as conclusesdo trabalho e algumas sugestes para futuras pesquisas relacionadas com o clice defundao.
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Captulo 2 9
CCAAPPTTUULLOO
22
RREEVVIISSOOBBIIBBLLIIOOGGRRFFIICCAA
22..11..GGEENNEERRAALLIIDDAADDEESSSSOOBBRREEOOSSTTIIPPOOSSDDEELLIIGGAAEESSPPIILLAARR--FFUUNNDDAAOO
A finalidade primordial das ligaes a transmisso de esforos de um
elemento pr-moldado a outro ou a um componente moldado no local, que podem ser
de compresso, trao, cisalhamento, flexo ou toro. As ligaes pilar-fundao so
projetadas para transmitir foras normais, momentos e foras horizontais, sendo asltimas mais comuns em casos de aes alternadas. O projeto dessas ligaes como
articulaes pouco usual e costuma ser feito apenas em situaes especiais.
As solicitaes do pilar pr-moldado podem ser transmitidas fundao,
basicamente, atravs de quatro tipos de ligaes, as quais so visualizadas na Figura
2.1. A capacidade de resistncia flexo dessas ligaes pode ser bastante elevada,
podendo at apresentar um comportamento monoltico, dependendo do momento a
ser resistido.
A ligao pilar-fundao por meio de clice consiste no embutimento de um
certo trecho do pilar (base ou, comprimento de embutimento ou engastamento) em
uma conformao no elemento estrutural da fundao, que possibilite o encaixe do
pilar. O posicionamento do pilar em planta e referente ao nvel feito geralmente
atravs de dispositivos de centralizao. Para a fixao temporria e o prumo, so
utilizadas cunhas de madeira. Aps a colocao do pilar, o espao vazio entre os dois
elementos preenchido com concreto ou graute. O clice pode ser moldado no local ou
pr-moldado, podendo-se recorrer tambm pr-moldagem apenas do colarinho que
constitui as paredes em torno do pilar.
Como principais vantagens, tm-se: Facilidade e rapidez na montagem;
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Reviso bibliogrfica 10
Menor sensibilidade s imprecises de projeto e montagem, facilitando os
ajustes aos desvios de execuo;
Boa capacidade de transmisso de esforos normais e momentos fletores, com
comportamento muito prximo ao de uma estrutura monoltica; Dispensa cuidados especiais de proteo contra agentes atmosfricos e fogo.
As principais desvantagens so:
Fundao bastante pronunciada, sendo, portanto, usualmente escondida;
O uso do colarinho em divisas s possvel quando existe uma determinada
distncia entre o pilar e a divisa;
Exige-se um certo cuidado no preenchimento da cavidade do encaixe,
principalmente na regio inferior ao pilar;
Dificuldade no estabelecimento da continuidade na armadura de trao entre o
pilar e a fundao, segundo o manual de ligaes do PCI (1988).
Clice Chapa de base
Emenda da armadura com bainha e graute Emenda da armadura saliente e concretagemposterior
Figura 2.1 - Tipos de ligaes pr-moldadas pilar-fundao adaptada do PCI (1988)
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Reviso bibliogrfica 12
No caso de armaduras de dimetros maiores, o comprimento da bainha se torna
elevado;
Armadura saliente susceptvel a danos durante o manuseio;
Cuidados adicionais devem ser tomados para evitar que entre gua e entulhoda obra.
Outra alternativa para a ligao pilar-fundao consiste no apoio provisrio da
salincia na extremidade do pilar na fundao e na emenda de armaduras salientes,
onde a armadura saliente do pilar emendada, usualmente por meio de solda ou
acopladores, armadura saliente da fundao. Aps a montagem, faz-se a concretagem
da emenda.
A principal vantagem que essa ligao apresenta um comportamento
praticamente igual ao de uma estrutura monoltica, desde que executada
adequadamente. Entretanto, o seu emprego limitado devido dificuldade demontagem, de realizao de solda de campo, quando necessria, e de concretagem
adequada na emenda.
No caso da ligao pilar-fundao ser articulada, de acordo com MOKK (1969),
existem duas formas bsicas ilustradas na Figura 2.2: (a) com o embutimento do pilar
em uma conformao rasa do elemento de fundao; e (b) por soldagem.
(a) (b)
Figura 2.2 Ligao pilar-fundao articulada: a) com embutimento do pilar emconformao na fundao de pouca profundidade; b) por soldagem - MOKK (1969)
22..22..VVAARRIIAANNTTEESSDDOOCCLLIICCEEDDEEFFUUNNDDAAOO
Na Figura 2.3, so indicadas as variantes desse tipo de ligao, que se
diferenciam pelo tipo de fundao e pela presena ou no de colarinho. Para a escolha
adequada da alternativa, deve-se analisar o nvel das solicitaes e o tipo de solo.
Ressalta-se aqui que o projeto do colarinho independe do tipo de fundao utilizado e
est relacionado com as foras a serem transmitidas para a fundao. No caso de
fundaes rasas, o clice com nervuras e sapata bastante apropriado quando se deseja
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Captulo 2 13
o aumento de resistncia e rigidez flexo com a reduo de material quando
comparado com o volume do clice em sapata com colarinho. J o clice com o encaixe
embutido no bloco sobre estacas indicado para os casos de elevadas solicitaes de
flexo e baixos esforos normais que no tornem a puno uma situao crtica.
embutido no bloco
bloco sobre estacas
sobre o bloco
embutido no
sapata
colarinho
com nervuras e sapata
nervuras
colarinhofuste
fuste de tubulo Figura 2.3 Formas do clice de fundao EL DEBS (2000)
Embora as indicaes para o clice de fundao apresentadas em MOKK (1969)
estejam desatualizadas e divergentes das recomendaes mais atuais, elas so
mencionadas pelo fato de se procurar apresentar neste trabalho a coletnea de todas as
referncias relacionadas a essa ligao. MOKK (1969) mostra trs variantes do clice de
fundao em sapata como uma ligao rgida, como ilustra a Figura 2.4. O primeiro
caso corresponde s sapatas com pequenas dimenses, onde o comprimento de
embutimento, segundo a norma sovitica, deve ser 1,1 vezes a maior dimenso do
pilar. Para as sapatas de mdias dimenses, correspondente segunda alternativa, aprofundidade de engastamento deve ser 1,5 vezes a maior dimenso do pilar, de
acordo com a norma hngara, e, segundo algumas regras prticas, pode-se adotar o
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valor de 12a 15%do comprimento do pilar. No terceiro tipo, so utilizadas nervuras
para aumentar a capacidade resistente flexo da ligao, e placas de ao fixadas na
extremidade do pilar e no centro da base de encaixe, com o objetivo de evitar o
esmagamento do concreto de enchimento sob elevadas cargas concentradas. As
dimenses dessas placas de ao variam desde 10 cmx 10 cmx 1 cma 15 cmx 15 cmx 1
cm. Para possibilitar o emprego de vibradores na regio do material de preenchimento,
a distncia entre o pilar e o colarinho deve ser, no mnimo, 5 cm.
1,5h
1,1h
5-10 cm5-10 cm h
h
h
(a) (b) (c)
Figura 2.4 Variantes do clice de fundao para sapata de dimenses: a) pequenas;b) mdias; c) grandes - MOKK (1969)
22..33..RREELLAAOO EENNTTRREE OOSS EESSFFOORROOSS TTRRAANNSSMMIITTIIDDOOSS NNOO CCLLIICCEE DDEE
FFUUNNDDAAOO
Uma varivel de grande importncia no comportamento do clice a relaoentre os momentos fletores e esforos normais transmitidos na ligao.
Conforme SANTOS (1985), a identificao e caracterizao dos mecanismos
resistentes das ligaes pilar-fundao podem ser feitos atravs da investigao
experimental segundo trs tipos de ensaios, conforme indicam as Figuras 2.5 a 2.6.
A primeira alternativa consiste no ensaio de modelos submetidos
simultaneamente aos esforos normais e momentos fletores na regio da ligao.
Devido dificuldade de aplicao das foras axiais conjuntamente com as foras
transversais no topo do pilar, geralmente os modelos so constitudos por pilares compequenos consolos transversais, nos quais as foras normais de valor crescente so
aplicadas com excentricidades constantes, como mostra a Figura 2.5. Contudo, atravs
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Captulo 2 15
desse mtodo, torna-se necessria a realizao de muitos ensaios para a caracterizao
das diversas hipteses de combinaes possveis dos esforos e no possvel a
caracterizao da influncia da fora transversal.
N
NM
MN
e
Figura 2.5 Ensaio de ligaopilar-fundao com consolo notopo do pilar SANTOS (1985)
N
N
N
V
V
V
M
M
p
Figura 2.6 Anlise isolada dos efeitos da foranormal e da flexo com fora transversal nocomportamento da ligao pilar-fundao
SANTOS (1985)
V
V
N+F
N
F
M VN
MV
N
p
p
vh
viga
v
v
Figura 2.7 Ensaio da ligao pilar-fundao sob o efeito conjunto dos momentosfletores, foras normais e transversais SANTOS (1985)
Outra forma de analisar a ligao consiste no estudo isolado do comportamentodessa sob compresso e sob flexo (incluindo o esforo transversal), reduzindo assim o
nmero necessrio de ensaios. So ensaiados modelos com pilares submetidos a
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compresso simples e modelos com pilares unidos fundao, sendo a fora
transversal aplicada no topo dos pilares de forma a caracterizar os momentos fletores e
esforos transversais desenvolvidos na regio da ligao, ilustrados na Figura 2.6.
Entretanto, essa soluo no permite a anlise conjunta do efeito da flexo e da fora
normal. Atravs dessa alternativa, pode-se estudar o comportamento ssmico dessa
ligao, submetendo-se o pilar flexo, com a aplicao alternada da fora transversal
no seu topo. feita uma comparao com o comportamento dos pilares monolticos de
modo a generalizar os resultados obtidos para os casos de fora normal.
O terceiro caso consiste na utilizao de um dispositivo constitudo por dois
pilares sobrepostos com as extremidades fixas, nas quais aplicada a fora normal
constante. Esses pilares so ligados a um bloco de grande rigidez na forma de um
consolo, no qual aplicada a fora transversal que transmite os momentos fletores e os
esforos transversais crescentes nas ligaes. Essa soluo, que pode ser visualizada naFigura 2.7, apresenta, todavia, a dificuldade de caracterizar adequadamente os apoios
dos pilares de forma a quantificar corretamente os esforos nas ligaes. No caso de
solicitaes ssmicas, aplicando-se a fora no topo do consolo segundo ciclos
alternados, pode-se analisar o efeito da fora normal para diversos nveis de tenses
normais atuantes.
22..44..EESSTTUUDDOOSSEEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISS
22..44..11.. EENNSSAAIIOOSSDDOOCCSSTTCC((11997788))
De acordo com SANTOS (1985), na investigao experimental realizada no
CSTC (1978)1, com o objetivo de estudar o modelo de clculo de LEONHARDT &
MNNIG (1977), foram utilizados modelos dessa ligao constitudos por um pilar
com um consolo horizontal no topo colocado na regio de encaixe da sapata com
posterior concretagem do espao remanescente entre os dois elementos, como mostra a
Figura 2.8. A fora vertical foi aplicada no consolo, ocasionado assim uma compresso
excntrica no pilar.Alguns parmetros foram analisados como a rugosidade da interface (lisa ou
rugosa), a espessura das paredes do colarinho ( h/hc = 1/3ou 1/2), a largura da junta
de argamassa ( h/hj = 1/4ou 1/6) e o comprimento de embutimento do pilar ( h/embl
= 1,0ou 1,5).
Os modelos, no total de 15, foram projetados de forma que a resistncia terica
do pilar fosse aproximadamente 3 vezes a resistncia da sapata. Em todos os modelos,
1 CSTC (1978). Calcul et execution de lassamblage des structures industrialises: Recommandationspratiques. Bruxelles, CSTC - Centre Scientifique et Technique de la Construction.
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Captulo 2 17
a excentricidade de aplicao da fora foi mantida constante ( 1h/e = ). Em 4 modelos,
a cavidade foi preenchida apenas nas regies de atuao das foras tericas do binrio
(Hsup,d e Hinf,d, resultantes de compresso superior e inferior no colarinho,
respectivamente).Nos ensaios com preenchimento parcial da junta, a fora de ruptura Nu foi
proporcional ao comprimento embl . A relao entre a fora de ruptura experimental e a
terica foi superior a 1,5 para hemb =l , e superior a 2,5 para h5,1emb =l . Nos ensaios
com preenchimento total da junta, a ruptura ocorreu pelo pilar, com uma relao entre
a fora de ruptura experimental e a terica superior a 3.
N
100ou150 75
ou50
x (300)
50ou75
100ou150
1500
1400 x (1250)
400
300ou450
e = 300150 150
300
obs.: medidas em mm
h hchjemb
Figura 2.8 Esquema de ensaio da ligao no CSTC (1978) adaptado de SANTOS(1985)
Essa pesquisa mostrou que o modelo de LEONHARDT & MNNIG (1977) para
o dimensionamento da ligao foi satisfatrio, conduzindo a resultados a favor da
segurana.
Segundo SANTOS (1985), os critrios apresentados por LEONHARDT &
MNNIG (1977) para quantificao do comprimento de embutimento do pilar no
parecem ser plenamente adequados. Esse comprimento no depende diretamente da
maior dimenso do pilar e no depende apenas da excentricidade da fora normal. Ele
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deve relacionar-se com os esforos atuantes na base do pilar, com a dimenso do pilar
na direo perpendicular ao plano de flexo considerado e com a resistncia
compresso da argamassa de preenchimento da junta.
Admitindo-se a distribuio parablica das foras Hsup,de Hinf,d, o comprimentode embutimento se relaciona com a presso de contato cd e as foras atuantes na
ligao de acordo com as seguintes equaes para os casos de interface lisa e rugosa,
respectivamente:
cdembd
emb
ddsup, ..b
27
8
4
V5
2
M3H l
l=+= (2.1)
cdembd
emb
ddsup, ..b
27
8
5
V6
5
M6H l
l=+= (2.2)
Que so equivalentes a considerar tanto para interface lisa como rugosa, a fora
Hsup,d uniformemente distribuda em aproximadamente 30% da regio superior do
embutimento.
Vale salientar que o comprimento de embutimento embl determinado pela
segunda igualdade das Equaes (2.1) e (2.2) implicam em iguais resultantes de
presso Hsup,dpara interfaces lisa e rugosa, o que no est de acordo com o modelo de
LEONHARDT & MNNIG (1977).
Considerando-se nula a fora horizontal Vd, o comprimento de embutimento dado, respectivamente, para os casos de superfcie lisa e rugosa por:
cd
demb
.b
M25,2
=l (2.3)
cd
demb
.b
M0,2
=l (2.4)
A tenso de contato na parede transversal deve ser considerada igual a 0,6fcd,
ondefcd a resistncia de clculo do concreto de preenchimento da junta.
Nessa investigao experimental e no modelo de clculo de LEONHARDT &
MNNIG (1977), no so analisados os efeitos das aes dinmicas resultantes da
circulao de pontes rolantes em edifcios industriais e das aes ssmicas na estrutura.
No primeiro caso, deve-se utilizar material de preenchimento com resistncia elevada e
no retrtil ou aditivos expansivos. Com relao ao segundo caso, a ligao pode no
apresentar uma ductilidade significativa. Recomenda-se que a plastificao se
desenvolva na base do pilar, sem afetar a ductilidade, a qual pode ser alcanada
adotando-se um coeficiente de segurana adicional adequado para o dimensionamento
da ligao.
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Captulo 2 19
22..44..22..IINNVVEESSTTIIGGAAOOEEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLDDEEGGOOLLOOSSOOVV&&KKOORROOVVIINN((11997788))
Em GOLOSOV & KOROVIN (1978), encontra-se os resultados de uma
investigao experimental para avaliar a influncia da rigidez lateral das paredes, dosngulos de inclinao do tronco piramidal de puno e da resistncia compresso do
concreto na capacidade da ligao do pilar com bloco sobre estacas e uma formulao
referenciada no item 2.5.3 para o clculo da resistncia dessa ligao para o caso de
pilar sob fora axial. Na Figura 2.9, apresentado um esquema da geometria dos 20
prottipos ensaiados com o pilar submetido a fora normal centrada.
45bf
emb
f
h
htp
tph
tp0,5(h - h)tp0,5(h - h)
>45
Figura 2.9 Geometria do clice de fundao em bloco sobre estacas - GOLOSOV &KOROVIN (1978)
Conforme as observaes experimentais, a ruptura da ligao iniciou-se com o
fendilhamento das paredes (Figura 2.10(a)). Aps a formao de fissuras nessasparedes, ocorreu o puncionamento piramidal da laje de fundao (Figura 2.10(b)).
Baseando-se nos resultados experimentais, podem ser destacados alguns
aspectos importantes sobre o mecanismo de transmisso da fora de puno para a laje.
Para aes de pequena magnitude, a transmisso da fora axial do pilar para a laje
ocorre pela adeso, desprezando-se o deslocamento vertical do pilar. Com o aumento
da fora axial, cresce o deslizamento do pilar, ocasionando conseqentemente a
ruptura da adeso entre o pilar e o concreto de preenchimento. A partir da, a fora
vertical na regio de contato entre os dois concretos onde ocorreu o deslizamento
vertical transmitida pela ao do atrito, se atuarem tenses normais s superfcies.
Quanto ao puncionamento da laje inferior da fundao, foram ensaiadas duas
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Reviso bibliogrfica 20
sries de modelos: uma com o objetivo de avaliar a influncia dos diferentes ngulos de
inclinao do tronco piramidal de puno na capacidade resistente das lajes de
fundao, e outra para determinar os efeitos da resistncia do concreto puno na
regio tracionada da laje de fundao. No primeiro caso, cujos modelos continham
ligao monoltica entre o pilar e a laje de fundao, foram observados dois tipos de
ruptura: uma com o puncionamento da laje pelo pilar e outro com o puncionamento na
laje por uma das estacas. Na segunda srie, onde se eliminou a aderncia do pilar com
o concreto de preenchimento na regio das paredes ( embl da Figura 2.9) atravs de
placas metlicas lubrificadas com leo, observou-se que as tenses de arrancamento do
tronco piramidal na zona tracionada so praticamente iguais s da srie anterior.
(a) (b)
Figura 2.10 (a) Fendilhamento das paredes; (b) Puncionamento da laje de fundao -GOLOSOV & KOROVIN (1978)
22..44..33..RREESSUULLTTAADDOOSSEEXXPPEERRIIMMEENNTTAAIISSAAPPRREESSEENNTTAADDOOSSEEMMVVAASSCCOONNCCEELLOOSS((11997799))
Em VASCONCELOS (1979), so apresentados alguns resultados de um ensaio
realizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnolgicas (IPT) para a construtora SOBRAF de
So Paulo, que deu origem empresa CONSID. O objetivo do ensaio foi sanar dvidas
em relao ao comportamento da ligao na fase transitria sob puno e formular umprocedimento seguro de clculo.
Para viabilizar a execuo dos ensaios no IPT, o modelo incluindo o bloco sobre
estacas e o pilar foi construdo em escala geomtrica reduzida de 1:2, aplicando-se a
fora de compresso centrada no pilar com escala de 1:4. O dimetro da armadura do
modelo ensaiado foi reduzido para metade do equivalente ao prottipo em escala real.
A abertura de preenchimento foi proporcionalmente reduzida para 5 cm na parte
superior e 2 cmna regio inferior, dimenses mnimas para uma execuo satisfatria.
A armadura utilizada foi constituda de ferros acompanhando o formato do clice e
dobrados em cima, seguindo o contorno vertical do colarinho e denominada dearmadura de suspenso, pois tinha o objetivo de suspender a carga na laje da fundao
abaixo do pilar e transmiti-la para as estacas. A instrumentao da armadura foi feita
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Captulo 2 21
com 20 extensmetros eltricos em 40 pontos das barras de suspenso de 8.0 mm. A
Figura 2.11 ilustra o esquema do modelo com o detalhe das armaduras.
A75
56x39
A
10 8
24
10
24
10
62x45
10 8arm. suspenso
arm. suspenso
80 832 6.348 10
80
97
Corte A-A
20 8 8 6.38 6.3
20 88 6.3 8 6.3
20
8
20
8
24
10
24
10
Figura 2.11 Modelo ensaiado pelo IPT VASCONCELOS (1979)
Alguns clculos foram efetuados para o modelo em escala reduzida. A carga de
servio prevista desse modelo (1080 kN) equivalente a da carga do prottipo em
escala real (4320 kN). Portanto, a carga de clculo igual a:
15121080.4,1N.N fd === kN
As resistncias de clculo so:
3,144,1/20/ cckcd === MPa
8,43415,1/500/f sykyd === MPa
A curva carga-deformao na armadura de suspenso ilustrada na Figura
2.12. A fora de ruptura (3700 kN) foi correspondente a 3,43 vezes a fora de servio
prevista (1080 kN). A armadura de suspenso foi solicitada por uma fora de
compresso mxima equivalente a 1,76da fora de servio terica (1900 kN) com umadeformao praticamente constante ooos 08,0= . Essa deformao corresponde a uma
tenso 8,16s = MPa. A ligao, portanto, apresentou comportamento monoltico at
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Reviso bibliogrfica 22
essa fora, a qual chamada de fora de deslocamento (Ndesl), pois a partir da,
comearam a surgir fissuras macroscpicas entre a junta e a fundao.
A carga admissvel puno na base :
56,593130).130350130520.(2.20.45175,0d.u.f.45175,0N ckd,bf =+++== kN
onde u o permetro crtico.
A verificao da quantidade de armadura de suspenso foi baseada em uma
fora equivalente a 75 %da diferena entre a carga de clculo (Nd) e a que resistida
pelo concreto na base da fundao (50%.Nbf,d).
Portanto, a armadura de suspenso deve ter rea igual a:
21f
)N.5,0N.(75,0A
yd
d,bfdsus,s =
= cm2
Essa rea corresponde, por conseguinte, armadura adotada de 40 barras de 8.0
mm.
3700
1900
-0,08 1,4
carga(kN)
s (% ) Figura 2.12 Curva carga-deformao na armadura de suspenso VASCONCELOS
(1979)
22..44..44..PPEESSQQUUIISSAAEEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLDDEEOOSSAANNAAIIEETTAALL..((11999966))
Para a validao do mtodo de clculo de OSANAI et al. (1996), esses autores
realizaram uma investigao experimental em modelos, onde duas condies de
superfcie na interface foram avaliadas (uma rugosa, com chaves de cisalhamento nas
superfcies do pilar e do clice; e outra lisa), variando-se o comprimento de
embutimento embl (h(= 50 cm); 1,25h(= 62,5 cm) e 1,5h(= 75 cm)) e a seo da viga de
fundao (uma retangular e outra em T). Na Figura 2.13, apresenta-se o detalhamento
dos modelos ensaiados.
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Captulo 2 23
h
h
hc
PLANTA
extensmetros
22
VISTA FRONTAL
l
extensmetros
CORTE A-A
22
6 22
8 25
13 C/10
h
h
hc
PLANTA
extensmetros
22
VISTA FRONTAL
l
extensmetros
CORTE B-B
22
22
13 C/10
chave-de-cisalhamento
AA
B
B
22
22
4 13
60mm
8080
60
40
25 mm
1080
2800
c
980
50
50
c
1100 1150550
2790
50
50
980
c
11501640
c
1080
975
225
275450275
500
1800
1200
emb
500
1800
1200
emb
400
500
30
50
CHAVE DE CISALHAMENTODO CLICE
CHAVE DE CISALHAMENTODO PILAR
13
Obs.: Dimenses em mm.MODELO TIPO 10 MODELO TIPO 21
Figura 2.13 Detalhamento dos modelos ensaiados por OSANAI et al.(1996)
De acordo com as comparaes entre os resultados experimentais, dos clculos
tericos e das normas DIN 10452 e AIJ3, os autores chegaram a algumas concluses
importantes:
Se o comprimento de embutimento embl for igual ou superior a 1,5h, a ligao
se comporta como rgida, mesmo no caso de interface lisa.
O comportamento dos modelos com um comprimento de embutimento menor
pode ser melhorado com a rugosidade na interface. As ligaes com
2
DIN 1045 (1972). Clculo e execuo de obras de concreto armado. (Norma alem).3 AIJ (1990). Recommendations for the design and fabrication of tubular structures in stell .
Architectural Institute of Japan. p.237-42.
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Reviso bibliogrfica 24
comprimento de embutimento igual ou superior a h e superfcie rugosa
apresentaram resultados semelhantes quelas com comprimento igual a 1,5he
interface lisa, podendo atingir a resistncia ltima dos pilares.
As ligaes sem rugosidade no apresentaram rigidez suficiente quando embl foi menor que 1,25h, embora no caso desse comprimento, o pilar possa atingir
sua resistncia ltima flexo para grandes flechas.
Comparando-se a carga ltima experimental com o valor terico, alguns
coeficientes de atrito so sugeridos: 1para h5,1emb l com interface lisa ou para
h25,1emb l com interface rugosa; e 0,5para hemb =l com interface rugosa.
Para os prottipos com superfcie lisa, a degradao da rigidez ocorreu no incio
do ensaio. Essa origem da perda de rigidez pode ser retardada no caso de
interface rugosa. A equao terica proposta apresentou resultados mais prximos dos
experiment