LIGAÇÃO VIGA-PILAR EM ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO SOLIDARIZADOS POR CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO: ANÁLISES ESTÁTICA E DINÂMICA

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1 ISSN LIGAÇÃO VIGA-PILAR EM ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO SOLIDARIZADOS POR CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO: ANÁLISES ESTÁTICA E DINÂMICA Luiz Álvaro de Oliveira Júnior 1, Mounir Khalil El Debs 2 & Daniel de Lima Araújo 3 Resumo Este trabalho estuda o comportamento de uma ligação viga-pilar em elementos pré-moldados de concreto, realizadas com traspasse de armadura e concreto reforçado com fibras de aço para proporcionar à ligação comportamento semelhante ao de uma ligação monolítica. Nesse estudo serão realizados ensaios para análise dos mecanismos de transferência de esforços de tração e de cisalhamento, ensaios com protótipos submetidos a carregamento estático e dinâmico, e modelagens computacionais para determinar o comportamento dos protótipos e propor um modelo simplificado para o projeto dessas ligações. Palavras-chave: Ligação viga-pilar. Pré-moldados. Concreto reforçado com fibras. BEAM-COLUMN CONNECTION IN PRECAST CONCRETE ELEMENTS CONNECTED BY STEEL FIBER-REINFORCED CONCRETE: STATIC AND DYNAMICAL ANALYSIS Abstract This work studies the behavior of a beam-column connection in precast concrete elements which will be done by splicing of bars and steel fiber-reinforced concrete to provide to the connection a behavior similar to the monolithic connection. In this study tests for analyzing the mechanisms of transferring of shear and tension, tests on prototypes subjected to static and dynamical loading and computational modeling will be done to determine the behavior of prototypes and propose a simplified model for design of these connections. Keywords: Beam-column connection. Precast structures. Fiber-reinforced concrete. Linha de Pesquisa: Estruturas de Concreto e de Alvenaria 1 INTRODUÇÃO Neste trabalho estuda-se o comportamento das ligações viga-pilar solicitadas por ações estáticas (monotônica e cíclica reversível) e dinâmicas. A aplicação de carregamentos cíclicos e dinâmicos impõe a necessidade de ligações mais dúcteis e capazes de dissipar maiores quantidades de energia para resistir às solicitações sem ruir. Levando em conta estes aspectos, podem-se utilizar fibras de aço para melhorar o desempenho da ligação por meio de uma melhoria geral das propriedades mecânicas do concreto empregado na mesma. A Figura 1 apresenta um esboço da ligação proposta. 1 Doutorando em Engenharia de Estruturas - EESC-USP, lualvaro@sc.usp.br 2 Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP, mkdebs@sc.usp.br 3 Professor da Escola de Engenharia Civil da UFG, dlaraujo@eec.ufg.br

2 34 Luiz Álvaro de Oliveira Júnior, Mounir Khalil El Debs & Daniel de Lima Araújo Figura 1 Esboço da ligação proposta. Outros aspectos importantes que se propõe estudar são os mecanismos de transferência de esforços solicitantes na ligação, particularmente cisalhamento e aderência, relevantes para o conhecimento dos fenômenos que se desenvolvem na interface entre o concreto simples e o concreto com fibras (cisalhamento) e nas regiões de emendas de barras (tração). 2 METODOLOGIA A metodologia proposta consiste revisão bibliográfica, modelagens numéricas e ensaios em laboratório que fornecerão os subsídios para a realização das modelagens numéricas e proposição do modelo mecânico simplificado para o projeto das ligações viga-pilar. Serão realizados ensaios de cisalhamento direto para análise dos mecanismos de transferência de esforços de cisalhamento na interface entre concretos reforçados com fibras de aço, ensaios de tração direta em tirantes com barras emendadas por traspasse e ensaios com protótipos submetidos a carregamento estático (monotônico e cíclico reversível) e dinâmico. 3 DESENVOLVIMENTO 3.1 Ensaios de mecanismos A geometria e as dimensões dos corpos-de-prova usados nos ensaios de cisalhamento direto foram adaptadas de Kaneko (1992) e são indicadas na Figura 2a, enquanto a Figura 2d apresenta a geometria e as dimensões do corpo-de-prova utilizado nos ensaios de tração direta (tirantes). Para os ensaios mencionados foram definidas as variáveis indicadas na Tabela 1.

3 Ligação viga-pilar em elementos pré-moldados de concreto solidarizados por concreto reforçado com fibras de aço Figura 2 Geometria e dimensões dos corpos-de-prova usados nos ensaios de mecanismos. Tabela 1 Ensaios de mecanismos de transferência de esforços de tração e cisalhamento Ensaio de tração direta Ensaio de cisalhamento direto V f (%) Comprimento da emenda (cm) Tensão de compressão normal à Tipo ( = 1 mm) interface (MPa), Sem emenda Monolítico -,5 25, (2 ), 37, (3 ) Monolítico - 1, -,5 2, Sem emenda Monolítico 2, 6,25 (5 ) 12, (1 ) 25, (2 ),5 3.2 Ensaios em protótipos Para avaliar o desempenho da ligação, serão produzidos dois protótipos, um monolítico e outro com ligação. Em ambos, a ligação será executada com concreto reforçado com fibras e os elementos pré-moldados serão moldados em concreto simples. A Figura 3 apresenta a geometria e dimensões do protótipo com ligação. O protótipo monolítico tem as mesmas dimensões, mas não apresenta a ligação.

4 36 Luiz Álvaro de Oliveira Júnior, Mounir Khalil El Debs & Daniel de Lima Araújo Figura 3 Geometria e dimensões do protótipo com ligação. 4 RESULTADOS OBTIDOS OU ESPERADOS Já foram realizados três ensaios de mecanismos: dois de cisalhamento e um de tração. No entanto, são apresentadas aqui apenas as curvas força versus deslizamento obtidas nos ensaios de cisalhamento direto, pois no ensaio de tração ocorreram problemas durante o ensaio que implicaram na modificação da geometria e novos corpos-de-prova ainda não foram produzidos. 2 2 T. Direita T. Esquerda Média 2 2 Pistão T. Direita T. Esquerda Média V f = 2,% σ n =,1 MPa,,5 1, 2, 3, 3,5 4, V f = 2,% σ n =,5 MPa,,5 1, 2, 3, 3,5 4, Figura 4 Curva força versus deslizamento na interface. Dos ensaios que ainda não foram realizados, espera-se que as fibras permitam reduzir o comprimento de traspasse das barras da armadura de tração a valores inferiores a 3Ø e aumentar a resistência da interface ao cisalhamento proporcionalmente ao volume de fibras e à tensão normal à interface. Além disso, também se espera que as fibras, proporcionem à ligação rigidez suficientemente alta para ser possível considerar a ligação como rígida. Também foi realizada uma modelagem computacional para avaliação do comportamento de uma ligação viga-pilar na fase de montagem. Nesta modelagem, uma ligação viga-pilar monolítica da estrutura da casa de força da UHE de Foz do Chapecó foi substituída por uma ligação com consolo e

5 Ligação viga-pilar em elementos pré-moldados de concreto solidarizados por concreto reforçado com fibras de aço dente metálicos. Os resultados dessa modelagem são apresentados em Oliveira Júnior, Araújo e El Debs (29). 5 CONCLUSÕES PARCIAIS A partir dos resultados que já foram obtidos, pode-se concluir que as curvas apresentam deslizamentos máximos semelhantes, embora as forças máximas suportadas pelos dois modelos tenham sido diferentes (218 kn para o modelo com tensão normal à interface igual a,5 MPa e 187 kn para o modelo com tensão normal igual a,1 MPa). Obviamente, a principal explicação para esta diferença é a tensão normal à interface, já que esta permite aumentar a contribuição das chaves de cisalhamento na resistência da interface. Dos ensaios em protótipos, espera-se com a utilização das fibras de aço e da forma com que será estabelecida a continuidade aos momentos fletores positivo e negativo, obter uma ligação com comportamento semelhante ao de uma ligação monolítica. Da modelagem computacional, verificou-se a segurança da ligação, o conservadorismo do procedimento do PCI (24) para ligações com elementos metálicos e a necessidade de uma armadura envolvendo o dente metálico para combater a fissuração, que foi excessiva na modelagem. 6 AGRADECIMENTOS Os autores são gratos ao CNPq, pela bolsa de doutorado, à FAPESP e à ANEEL, em cujos projetos este trabalho está inserido, e à Furnas Centrais Elétricas por disponibilizar seus laboratórios e técnicos para a realização de parte do programa experimental. 7 REFERÊNCIAS PRECAST/PRESTRESSED CONCRETE INSTITUTE. PCI Design Handbook. 6. ed., p. OLIVEIRA JÚNIOR, L. A.; ARAÚJO, D. L.; EL DEBS, M. K. Análise numérica de uma ligação viga-pilar em estrutura pré-moldada de concreto na fase de montagem. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA-PROJETO-PRODUÇÃO EM CONCRETO PRÉ-MOLDADO, 2., São Carlos, 29. Anais... São Carlos: EESC/USP, 29.