PINOS DE ANCORAGENS SOB CARGAS DE TRAÇÃO Luiz Flávio Vaz Silva, Prof. Ronalo Barros Gomes UFG, 74605-220, Brasil luizgo@hotmail.com, rbggomes@gmail.com PALAVRAS-CHAVE: Ancoragem, Armaura e Flexão, Posicionamento e Distância o Pino. 1. INTRODUÇÃO A principal função os pinos e ancoragem é a fixação, promoveno a ligação e estruturas até então istintas e permitino a introução e cargas concentraas. É muito utilizao em estruturas pré-molaas, em especial na ligação entre elementos metálicos e blocos e funação, Figura 1, mas eles poem ser empregaos em várias situações, são também chamaos e chumbaores. Atualmente há uas categorias istintas e sistemas e ancoragem: os pré-instalaos e os pós-instalaos. No sistema pré-instalao, o pino é posicionao no local e atuação antes a concretagem enquanto no sistema pós-instalao a fixação é concreto já enurecio através e perfuração e aplicação e compostos ligantes. Neste trabalho em questão foi estuao o sistema e ancoragem préinstalao. Figura 1. Pino e ancoragem (ligação aço concreto).
2 2. OBJETIVOS O objetivo este trabalho será estuar a variação a istância a armaura e flexão ao eixo o pino e ancoragem e a variação o iâmetro o pino. A justificativa esta pesquisa é a necessiae e um amplo conhecimento no comportamento e estruturas que utilizam pinos e ancoragem em suas ligações, a fim e se obter aos suficientes para imensionar com maior grau e segurança e economia os pinos e concretos usaos para a fixação e estruturas e equipamentos pesaos. 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Esta revisão bibliográfica baseia-se em publicações o CEB (1994 e 1997), ACI (1978 e 2005), artigos técnicos internacionais e nacionais e issertações como a e Meira (2005), Soares (2007), realizaos na EEC-UFG, principalmente nos tópicos relacionaos aos tipos e sistemas e ancoragem, moos e ruptura, mecanismos e transferência e carga e métoos e cálculo, e as pesquisas nacionais e Jermann (1993), Oliveira (2003), Martins Junior (2006), Fontenelle (2009) e Marinho (2009). 3.1. Mecanismos e Transferência e Carga Existem três formas e transmissão os esforços externos o pino para o concreto, Figura 2, que poem ocorrer e forma inepenente ou por uma combinação as mesmas. A ancoragem mecânica se esenvolve pela transmissão mecânica e esforços e um elemento situao na extremiae imersa o chumbaor. Poe ser utilizaa uma cabeça e ancoragem ou uma barra obraa em U ou em L, para o concreto. Isso poe gerar elevaas tensões e esmagamento nessa região e confinamento. Esse tipo e transferência e carga ocorre principalmente em chumbaores e cabeça pré-instalaos e chumbaores e segurança pósinstalaos. A ancoragem por atrito acontece pelo atrito entre a superfície o elemento expansor e a superfície o concreto. Teno como resultao a ação e forças
3 normais à interface entre a face lateral o chumbaor e o concreto, evio à expansão o chumbaor por meio e torque ou percussão, que são as uas formas mais usuais os chumbaores e expansão. A ancoragem por aerência ocorre entre as superfícies imersas o chumbaor e o concreto; um exemplo é o caso e ancoragens pré-instalaas, constituías e barras retas, ou na instalação e chumbaores pós-instalaos e aesão química, em que ocorre a aerência entre a superfície o concreto e as resinas ou aglomerantes utilizaos para preencher o furo. Figura 2. Mecanismos e transferência e carga: (a) ancoragem mecânica, (b), ancoragem por atrito, (c) ancoragem por aerência. Aaptao e Fastenings to Concrete an Masonry Structures (CEB, 1994.) 3.2. Sistema e Ancoragem Pré-Instalao Nesse sistema e ancoragem, os chumbaores são posicionaos antes a concretagem e forma efinitiva. Devio ao seu posicionamento anterior à concretagem o trabalho e locação eve ser minucioso e a fixação na ferragem ou nas fôrmas, eve ser feita com gabaritos, a fim e evitar qualquer movimento urante a concretagem. Existem iversos moelos isponíveis no mercao epeneno a sua aplicação, Figura 3. Figura 3. Tipos e pinos e ancoragem pré-instalaos (CEB Bulletin nº 233, 1997).
4 3.3. Pinos e Aço Nervurao com Ancoragem e Cabeça Nos pinos e aço nervurao com ancoragem e cabeça, Figura 4, atuam ois mecanismos e ancoragem. No primeiro, a ancoragem é resistia pela tensão e aerência, que ao atingir o seu pico encerra-se e passa para a seguna fase na qual a aerência começa a se eteriorar ao longo a barra e a tensão passa a ser transferia para a cabeça, resultano com o escoamento a barra ou a ruptura o concreto acima a cabeça. A capaciae e ruptura e uma barra com cabeça é eterminaa pela carga e pico proveniente a ancoragem mecânica aicionaa a alguma contribuição referente à aerência. Figura 4. Mecanismo e transferência e carga (Thompson et al., 2003). 3.4. Moos e Ruptura Para Sistemas Pré-Instalaos A ruptura o aço, Figura 5, é trataa como uma ruptura úctil, pois próximo a carga e ruptura ela se eforma consieravelmente. Este comportamento está relacionao com sua rigiez, resistência e capaciae e eformação. O que etermina a resistência à tração o pino e ancoragem é sua seção transversal e resistência à tração o aço. Figura 5. Ruptura o aço MEIRA, 2005.
5 Na ruptura o cone e concreto ocorre o arrancamento e uma superfície irregular aproximaamente cônica, que se inicia na cabeça o chumbaor e se estene até o topo o concreto, Figura 6. O arrancamento esse cone ocorre quano as tensões e tração ultrapassam a resistência à tração o concreto. Esse tipo e ruptura é e interesse para fins e imensionamento, ocorreno em ancoragens com alturas imersas pequenas e em concretos com baixas resistências. Figura 6. Ruptura o cone e concreto - MEIRA, 2005. A ruptura por fenilhamento, Figura 7, ocorre evio à elevação a tensão e tração proveniente o pino, levano à fissuração e separação o elemento e concreto em partes. Esse tipo e ruptura eve ser evitao, pois há poucos estuos sobre esse tipo e ruptura, o que torna ifícil e eterminar teoricamente a resistência a ancoragem. Figura 7. Ruptura por fenilhamento - MEIRA, 2005 3.5. Influência a Armaura e Flexão No estuo e Boe e Roik (1987), são feitas consierações sobre iversos fatores que poem influenciar a capaciae e carga e uma ancoragem,
6 um eles é o uso e armaura aicional e flexão. Essa armaura tem como função fornecer uma maior uctiliae à conexão, prevenir o esenvolvimento e fissuras e o esmagamento o concreto em eterminaa região. Poe ser utilizaa one há espaçamentos insuficientes para a transmissão a carga o aço para o concreto. O seu uso melhora o comportamento quanto à uctiliae, apesar e não aumentar significantemente a capaciae final e arrancamento e apresentar uma forma o cone e ruptura semelhante à ruptura sem armaura. Ocorrem restrições quanto ao seu uso em ancoragens pós-instalaas, pois a instalação o pino é feita após o enurecimento o concreto, tornano assim mais ifícil e posicioná-lo. 3.6. Métoo e Cálculo Existem iversas normas e métoos e cálculo para o imensionamento e pinos e ancoragem, poeno existir semelhança entre esses métoos para alguma situação em particular. Para a realização este trabalho aotou-se o métoo e 34º, pois sua eficácia poe ser comprovaa em trabalhos anteriores como, por exemplo, no e SOARES, 2007. O métoo e cálculo esenvolvio por Eligehausen et al. (1988) supõe que a superfície o cone e ruptura apresenta um ângulo e 34º, e acoro com os conceitos a mecânica a fratura e estuos experimentais. Nesse métoo, também é consierao o espaçamento entre chumbaores, excentriciae, ausência e fissuras e presença e armauras pouco espaçaas. Esse métoo serviu e base para o esenvolvimento e outros métoos e cálculo, Figura 8, existino algumas iferenças quanto ao conceito original para caa métoo aaptao. A carga e ruptura a ancoragem é: N u = N u,0. ψ c. ψ s. ψ ec (1) One: N u,0 valor a carga e ruptura e um pino, que não sofre a influência e bora, submetio a um esforço e tração. ψ c coeficiente que consiera a influência a bora. ψ s coeficiente que consiera a influência e um grupo e ancoragens. ψ ec coeficiente que consiera a influência a excentriciae e carga.
7 Figura 8. Métoo Ψ - Exemplo o cone e ruptura (CEB Bull. 233). 4. METODOLOGIA No presente trabalho foi estuao o comportamento e pinos e ancoragem sujeitos a esforços e tração em blocos e concreto com imensões 2200 mm x 600 mm x 400 mm. Na parte superior e caa bloco, foram ispostos 3 pinos e ancoragem. As variáveis estuaas projeto, Tabela 1, foram a variação a istância e o posicionamento a armaura e flexão em relação ao pino e ancoragem. Tabela 1. Programa Experimental VARIÁVEIS ESTUDADAS P F1 ( = 0 mm) P F2 ( = 50 mm) P F3 ( = 75 mm) P F4 ( = 0 mm) P F5 ( = 50 mm) P F6 ( = 75mm)
8 4.1. Pinos Os pinos foram fabricaos com barras e aço nervurao CA-50, como haste, e chapas metálicas e aço SAC-1045 como cabeças a ancoragem, Figura 9. A chapa metálica foi perfuraa para que a haste puesse atravessá-la. As imensões os pinos foram fixaas a seguinte forma: cabeça e ancoragem 50 mm x 50 mm, comprimento a haste 250 mm e iâmetro e 20 mm, a profuniae o pino imerso no concreto (altura efetiva) permaneceu constante e igual a 100 mm. O aço utilizao na confecção a haste foi ensaiao à tração no laboratório e FURNAS. Figura 9. Pino após solagem 4.2. Fôrmas As fôrmas foram fabricaas com as seguintes imensões 2200 mm (comprimento) x 600 mm (largura) x 400 mm (altura) e montaas com perfis U, Figura 10. Figura 10. Fôrma pronta para concretagem.
9 Foi aplicao esmolante nas formas e então posicionaa a armaura e flexão com o auxílio e espaçaores. Para assegurar que os pinos ficassem eviamente posicionaos e não ocorresse nenhum eslocamento urante a concretagem, foram fixaas barras metálicas no sentio transversal e longituinal as fôrmas, apoiaas em pequenos cubos e maeira, para manter livre a superfície e concreto, e os pinos fixaos a estas por meio e arame recozio. Antes a concretagem foram feitas verificações o prumo e alinhamento. 4.3. Concreto O concreto utilizao na confecção as peças foi fornecio pela empresa REALMIX Concreto e Argamassa que efiniu o traço para que o concreto atingisse a resistência a compressão e 30 MPa aos 28 ias. A concretagem foi realizaa no ia 22 e outubro e 2010 no laboratório e estruturas a UFG e também foram molaos corpos e prova cilínricos 150 mm x 300 mm para a obtenção e aos suficientes para se traçar à curva iae x resistência à compressão, obter valores o móulo e elasticiae e resistência à tração o concreto para a iae e 28 ias. A cura as peças foi feita utilizano água e manteno a superfície os blocos molhaa por sete ias, com posterior cobertura com lona a fim e se evitar pera e umiae. 4.4. Ensaio A montagem o ensaio foi esenvolvia para que toos os ensaios fossem realizaos a mesma forma, seguino o moelo utilizao por MEIRA, 2005 e SOARES, 2007, Figura 11. Os elementos constituintes o ensaio são: Atuaor hiráulico: é utilizao para gerar a força e tração, ele é alimentao por uma bomba manual. Tirantes: servem para transmitir a força geraa pelo atuaor hiráulico ao pino a ser ensaiao. Seu iâmetro é 25 mm, comprimento 1500 mm e apenas 300 mm em caa extremiae é rosqueável, são feitos e aço SAC 1045. Célula e carga: é utilizaa para meir a força aplicaa pelo atuaor hiráulico.
10 Leitora e carga igital: é responsável pela inicação o valor meio pela célula e carga. Pórtico e reação: é utilizao para receber os esforços provenientes o atuaor hiráulico e transmitir para o bloco. Esse pórtico é constituío e uma viga metálica, formaa por um perfil H e 145 x 155 x 8 mm com 1000 mm e comprimento. Os ois pilares são constituíos e um perfil circular com 90mm e iâmetro e 3 mm e espessura, com altura e 340 mm solao a chapas metálicas e 145 x 125 mm com espessura e 16 mm nas extremiaes. Os pilares esse pórtico foram fixaos à base a viga por meio e sargentos fixano os quatro cantos a chapa metálica a parte superior o pilar. Chapas metálicas: são utilizaas para assegurar que os esforços transmitios o pórtico para o bloco sejam uniformemente istribuíos. Essas chapas têm imensões 50 x 100 x 25 mm e são fixaas na parte inferior a chapa metálica a base o pilar por meio e gesso pera tipo III. Perfis em U: são utilizaos ois perfis, um superior e outro inferior, para transmitir a força e tração geraa pelo atuaor hiráulico para o pino a ser ensaiao. Foram fabricaos através a solagem e três chapas metálicas formano um perfil U. Chapas em L: são utilizaas uas chapas em forma e L para transmitir a força e tração o perfil U, escrito acima, para a porca solaa ao pino. Porcas e arruelas: são utilizaas para transmitir a força e tração proveniente as chapas em L para o pino. Foram solaas porcas sextavaas e 1 na parte superior o pino através e sola e topo utilizano eletroo OK46. Figura 11. Desenho a montagem o ensaio, MEIRA 2005.
11 5. RESULTADOS 5.1. Caracterização os Materiais 5.1.1. Concreto Foi utilizao concreto usinao para a confecção os blocos. Os valores a resistência à compressão, resistência à tração e o móulo e elasticiae o concreto, Tabela 2, foram obtios por meio e ensaios e corpos-e-prova cilínricos, com iâmetro e 150 mm e altura e 300 mm, conforme a NBR 5739/94, NBR 7222/94 e NBR 8522/84. Como os ensaios foram realizaos em ias iferentes, foi necessário traçar a curva iae x resistência à compressão, Figura 12, para se estimar o valor a resistência à compressão o concreto no ia o ensaio e caa peça. Tabela 2. Resultaos os Ensaios. ENSAIO IDADE VALORES OBTIDOS 7 28,4 Resistência à compressão (MPa) 14 29,4 21 30,5 28 32,3 Resistência à tração (MPa) 28 3,4 Móulo e elasticiae (GPa) 28 23,3
12 Figura 12. Curva Resistência a compressão o concreto. 5.1.2. Aço gráfico a Figura 13. Ensaiamos as barras e 20,00 mm seguno a NBR 6152/92, obteno o Figura 13. Curva Tensão X Deformação o aço 5.2. Carga e Ruptura conforme Tabela 3. Os resultaos obtios após os ensaios e ruptura estão relacionaos
13 Tabela 3. Resultaos as cargas e ruptura. F e F e (kn) (kn) P F1 ( = 0 mm) 84,65 P F4 ( = 0 mm) 84,88 P F2 ( = 50 mm) 83,20 P F5 ( = 50 mm) 85,78 P F3 ( = 75 mm) 83,31 P F6 ( = 75mm) 84,91 6. DISCUSSÃO Seguno os cálculos para ocorrer a ruptura no concreto é necessário uma carga F c = 86,40 kn o que na prática foi comprovaa pois os valores a carga F e foram bem próximos a este valor e 86,4 kn variano apenas 1,02 % para mais ou 3,70 % para menos, Tabela 4. Toas as rupturas ocorreram por fenilhamento, Figura 14, o que inica que o pino e ancoragem issipa sua tensão na armaura e flexão, promoveno uma abertura no iâmetro o cone e ruptura levano ao fenilhamento a peça. Tabela 4. Resultaos as cargas e ruptura (RC Ruptura no concreto). VARIÁVEIS PINO (mm) F c (kn) F e (kn) F e / F c (%) RUPTURA P F1 0 84,65-2,02 RC P F2 50 86.4 83,20-3,70 RC P F3 75 83,31-3,57 RC P F7 0 84,88-1,76 RC P F8 50 86,4 87,28 + 1,02 RC P F9 75 84,91-1,72 RC
14 Figura 14. Ruptura por fenilhamento. 7. Conclusões Constatou-se que a variação no posicionamento a armaura não aumenta significantemente a capaciae e ancoragem. A presença a armaura e flexão aumenta a uctiliae a peça, as fissuras se propagam ao longo a armaura. Quanto ao aparato experimental, os pinos com iâmetro e 20 mm é ieal para o estuo em questão, permitino que em 100 % os casos a ruptura ocorra no concreto, a fixação a armaura e os pinos bem como a utilização e formas e perfis metálicos permite evitam a introução e variáveis inesejáveis na pesquisa, estano aprovaas para futuros estuos.
15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACI COMMITTEE 318. Builing Coe Requirements for Structural Concrete an Commentary ACI 318-02: Appenix D Anchoring to Concrete, Michigan, 2005, 433p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739/94 Ensaio e compressão e corpos e prova cilínricos e concreto, 1994.. Rio e Janeiro BODE, H.; ROIK K. Hea Stus Embee in Concrete an Loae in Tension, Anchorage to Concrete, SP-103, American Concrete Institute, Detroit, Michigan, p.61-88, 1987. CEB Bulletin D Information nº 233. Design of Fastenings in Concrete Design Guie Parts 1 to 3, Thomas Telfor Services Lta., January, 1997. MARTINS JUNIOR, J. N. Resistência à Tração e um sistema e ancoragem, embutio em concreto sujeito a carga e impacto. 2006. 140 f. Dissertação (Mestrao em Engenharia Civil) Pontifícia Universiae Católica o Rio e Janeiro, Departamento e Engenharia Civil. JERMANN, R.P. Chumbaores para Concreto. 1993. 169f. Dissertação (Mestrao em Engenharia Civil) Universiae Feeral Fluminense, Niterói, 1993. MEIRA, M. T. R. Resistência à tração e pinos e ancoragem Influência e bora, comprimento e aerência, posição e orientação o pino. 2005. 168 f. Dissertação (Mestrao em Engenharia Civil) Escola e Engenharia Civil, Universiae Feeral e Goiás, Goiânia, 2005. SOARES, M. M. P. Influência a proximiae e bora, a altura efetiva, o comprimento aerente e o iâmetro a haste na resistência e pinos e ancoragem. 2007. 173 f. Dissertação (Mestrao em Engenharia Civil) Escola e Engenharia Civil, Universiae Feeral e Goiás, Goiânia. MARINHO, A. M.; FONTENELLE E.G.; Influência a armaura e flexão na resistência à tração e pinos e ancoragem. Trabalho a isciplina e Análise Teórico e Experimental as Estruturas CMEC UFG 2009.