Contribuição técnica nº 1

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1 Contribuição técnica nº 1 ESTUDO NUMÉRICO-EXPERIMENTAL DE LIGAÇÕES PARAFUSADAS COM CHAPA DE TOPO ENTRE VIGA METÁLICA DE SEÇÃO I E PILAR MISTO PREENCHIDO COM CONCRETO DE SEÇÃO QUADRADA Autoras: Marcela Novischi Kataoka kataoka@sc.usp.br Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs analucia@sc.usp.br

2 Introdução Na construção civil, os méritos de um determinado sistema construtivo são avaliados com base em diversos fatores, tais como: eficácia, resistência, durabilidade e funcionalidade. O trabalho do engenheiro, no entanto, consiste em avaliar os diferentes materiais e métodos construtivos, com a finalidade de elaborar uma estrutura com o mínimo custo global, visando atender os objetivos para qual esta foi idealizada.

3 Introdução O processo de aperfeiçoamento da utilização dos materiais pode ser realizado de duas maneiras: A primeira consiste em combinar materiais apropriados de forma a se criar um terceiro material misto. Na segunda maneira, diferentes materiais podem ser arranjados de forma que somente as propriedades desejadas de cada material seja utilizada. Este caso é denominado construção mista.

4 Introdução Edifício New Century Shopping Metrô Santa Cruz

5 Revisão Bibliográfica Esse trabalho faz parte de uma linha de pesquisa sobre ligações com pilares mistos preenchidos com concreto do Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos USP.

6 Revisão Bibliográfica Início com De Nardin (2003) que realizou investigações experimentais com quatro tipologias de ligações parafusadas submetidas a carregamento monotônico.

7 Revisão Bibliográfica Seguindo a linha de pesquisa em ligações com pilares preenchidos, Silva (2006) estudou a influência de conectores de cisalhamento na aderência entre o aço do tubo metálico do pilar e o núcleo de concreto.

8 Revisão Bibliográfica Em seu trabalho de pós-doutorado, De Nardin (2007) estudou ligações com chapas passantes associadas a lajes de diversos tipos.

9 Revisão Bibliográfica Com o objetivo de representar com mais exatidão a ligação mista com conector tipo pino com cabeça estudada por Silva (2006), Farias (2008) realizou análise teóricoexperimental desse tipo de ligação com o acréscimo da laje.

10 Revisão Bibliográfica Nesse contexto, o presente trabalho dá segmento aos estudos, analisando uma ligação parafusada entre viga metálica e pilar preenchido com concreto submetida a ações cíclicas.

11 Programa Experimental

12 Programa Experimental

13 Programa Experimental

14 Programa Experimental

15 Simulação Numérica Modelagem plana. Kulkarni et al. (2008) Estrutura Híbrida Camarena (2006) Concreto Pré-Moldado Mitra (2008) Concreto Armado Programa DIANA (Método dos Elementos Finitos MEF)

16 Simulação Numérica Modelo experimental

17 Simulação Numérica

18 Simulação Numérica Q8MEM Elemento finito isoparamétrico de quatro nós Dois graus de liberdade nodais, os quais representam as translações em x e em y L6BEN Elemento finito de viga Possui dois nós, três graus de liberdade nodais, os quais são representados pelas translações em x e y e rotação em z.

19 Simulação Numérica A malha contém aproximadamente 600 elementos e 700 nós No eixo de simetria foram restringidos os deslocamentos na direção x Na base foram restringidos os deslocamento em x e y No topo do pilar foi restringido o deslocamento apenas na direção x, onde foi aplicada uma força constante para estabilização do modelo. Outra força foi aplicada na proximidade da extremidade da viga, a aproximadamente 8 cm da extremidade livre, para testar a capacidade resistente da ligação. y Deslocabilidades restringidas: x e y x x Modelo numérico

20 Ciclos de Força Força (kn) kn 36 kn 27 kn 18 kn 9 kn kn Número de ciclos

21 Resultados Experimentais Força (kn) Deslocamento (mm) Lado esquerdo

22 Resultados Experimentais Forçca (kn) Deslocamento (mm) Lado direito

23 Resultados Experimentais Clinômetro a óleo Clinômetro de Pêndulo

24 Resultados Experimentais

25 Resultados Experimentais Resultados dos ensaios de tração dos parafusos Aço SAE 1020 CP1 CP2 CP3 CP4 Média Desvio padrão Tensão de escoamento (MPa) Módulo de elasticidade (GPa) 421,00 422,00 392,00 384,00 404,75 24,03 106,75 125,49 102,11 134,68 117,26 18,85

26 Resultados Experimentais

27 Resultados Numéricos Força (kn) Deslocamento (mm)

28 Resultados Numéricos

29 Análise dos Resultados Força (kn) Curva Numérica -40 Curva Experimental -60 Deslocamento (mm) Lado esquerdo

30 Análise dos Resultados Forçca (kn) Curva Numérica -40 Curva Experimental -60 Deslocamento (mm) Lado direito

31 Análise dos Resultados -0,3963;0 0-3,5-3 -2,5-2 -1,5-1 -0,5 0 Força (kn) Rigidez inicial = 9,6 / (2,865-0,3963) Rigidez inicial = 3,89 kn/mm ,865;-9,6-10 Deslocamento (mm) -12

32 Análise dos Resultados 60 Rigidez final = 25,6 / 7,31 Rigidez final = 3,50 kn/mm Força (kn) 20 25,6 kn 7,31 mm Deslocamento (mm)

33 Análise dos Resultados Resultados Experimentais Resultados Numéricos Rigidez inicial (kn/mm) Rigidez final (kn/mm) Rigidez inicial (kn/mm) Rigidez final (kn/mm) Lado direito 4,51 3,08 Lado esquerdo 3,19 2,00 3,89 3,50 Resultados Experimentais: queda de 35% na rigidez Resultados Numéricos: queda de 10% na rigidez

34 Conclusões A modelagem bidimensional retratou bem o comportamento da ligação estudada, proporcionando vantagens como facilidade e rapidez para compor o modelo e reduzido tempo de processamento. Comparando os modelos numérico e experimental, chegou-se a mesma conclusão referente a ruptura da ligação; em ambos os casos constatou-se que a ruptura ocorreu nos parafusos. Pode-se atribuir a baixa rigidez final apresentada pela ligação aos deslocamentos dos pórticos de reação devido à aplicação de forças mais elevadas.

35 Agradecimentos