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Agosto 2017 PROF: CRISTIANE DAEMON, MSc, PMP CONCRETO PRÉ-MOLDADO PROJETO E DIMENSIONAMENTO AULA 3 - LIGAÇÕES Prof. Cristiane Daemon, MSc, PMP 2 OBJETIVOS: • Apresentação dos fundamentos do concreto pré-moldado. • Apresentação dos critérios de projeto de elementos estruturais de concreto pré-moldado de acordo com as atuais normas brasileiras. • Apresentação de diversas aplicações do concreto pré-moldado. Obs.: Para participar deste curso é necessário ter conhecimentos básicos de concreto armado, protendido e análise estrutural. 3 SUMÁRIO DO CURSO: 1) Introdução. 2) Produção das estruturas de concreto pré-moldado. 3) Projeto das estruturas de concreto pré-moldado. 4) Ligações entre elementos pré-moldados. 5) Componentes de edificações. 6) Aplicações: galerias, canais, reservatórios e pontes. 7) Elementos de produção especializada: lajes nervuradas, painéis alveolares e estacas. 4 NA AULA 2 VIMOS: 3) Projeto das Estruturas Pré-moldadas 3.1) Princípios e Recomendações Gerais 3.2) Forma dos Elementos Pré-moldados 3.3) Projeto e Análises Estruturais 3.4) Tolerâncias e Folgas 3.5) Cobrimento da Armadura 3.6) Situações Transitórias 3.7) Estabilidade Global de Edifícios 5 AULA 3: 4) Ligações entre elementos Pré-moldados 4.1) Princípios e Recomendações Gerais 4.2) Elementos para Análise e Projeto 4.3) Componentes das Ligações 4.4) Tipologia das Ligações 4.5) Análise das Ligações 4.5.1) Ligação Pilar x Fundação por meio de cálice 4.5.2) Ligação Viga x Pilar por meio de elastômeros e chumbadores 6 4. LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS A necessidade de realizar ligações entre os elementos pré- moldados constitui-se um dos principais problemas do emprego da pré-moldagem. Ligações mais simples acarretam estruturas mais solicitadas a momentos fletores. Formas de se classificar as ligações, quanto ao/à: 7 Emprego de concreto e argamassa no local Ligação seca Ligação úmida Colocação de material de amortecimento Ligação dura Ligação macia 4. LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS Formas de se classificar as ligações, quanto ao: 8 Tipo de Vinculação Ligação articulada Ligação rígida Ligação semi-rígida Esforço principal transmitido Solicitada por compressão Solicitada por tração Solicitada por cisalhamento Solicitada por momento fletor Solicitada por momento de torção 4. LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS Recursos utilizados nas ligações: armadura saliente e concreto moldado no local 9 Debs,2000 4. LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS Recursos utilizados nas ligações: recortes, chaves e encaixes 10 Disfarça a ligação Impede deslocamentos relativos Proporciona engastamento à torção Apoios de elastômeros (neoprene): Debs,2000 4. LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS Recursos utilizados nas ligações: cabos de protensão, conectores metálicos e solda 11 Debs,2000 Cabos de Protensão Conectores (insertos) metálicos e soldas 4. LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS Recursos utilizados nas ligações 12 Debs,2000 Dispositivos metálicos: Argamassa e concreto de granulometria fina: 4. LIGAÇÕES ENTRE ELEMENTOS PRÉ-MOLDADOS Transferência de forças nas ligações 13 Forças de Compressão Contato direto Argamassa Elastômeros Elementos metálicos Forças de Tração Emenda da armadura Dispositivos met. de içamento Fixadores Forças de cisalhamento Adesão ou atrito do concreto Chaves de cisalhamento Armadura (barras) Conectores metálicos A transferência de forças nas ligações pode ser dividida em 3 formas básicas de transferência de: 4.1 PRINCÍPIOS E RECOMENDAÇÕES GERAIS 14 As ligações devem assegurar a rigidez e a estabilidade global da estrutura Devem ser levadas em conta as tolerâncias de fabricação e montagem Devem ser previstas acomodações da ligação, até ela atingir sua capacidade A análise das ligações se estende às extremidades dos elementos que nelas concorrem Princípios gerais para projetos das ligações: 4.1 PRINCÍPIOS E RECOMENDAÇÕES GERAIS 15 Transferência das forças verticais da viga até o pilar: Exemplo de caminho das forças em ligação Componentes da ligação Vão da viga Apoio, por flexão; Parte inferior da viga dente (armadura de suspensão); Dente Aparelho de apoio; Aparelho de Apoio Elemento metálico embutido no pilar; Elemento metálico Concreto do pilar (tensões de contato). Debs,2000 4.2 ELEMENTOS PARA ANÁLISE E PROJETO 16 4.2.1 Transferência de esforços localizados: Desenvolvimento das tensões principais devido à aplicação de força em área reduzida. Bloco parcialmente carregado: Debs,2000 4.2.1 TRANSFERÊNCIA DE ESFORÇOS 17 Dimensionamento do bloco parcialmente carregado • Verificação da tensão de compressão σc = 𝐹𝑑 𝐴0 ≤ 𝛽𝑓𝑐𝑑 𝛽 ≤ 0,6 𝐴 𝐴0 ; 𝛽 ≤ 2 A0 = a0 b0 A = ab • Área da armadura de cintamento (direções de a e b) 𝐴𝑠𝑡,𝑎 = 𝐹𝑎𝑑 𝑓𝑦𝑑 e 𝐴𝑠𝑡,𝑏 = 𝐹𝑏𝑑 𝑓𝑦𝑑 𝐹𝑎𝑑 = 𝛼𝐹𝑑(1 − 𝑎0 𝑎 ) e 𝐹𝑏𝑑 = 𝛼𝐹𝑑(1 − 𝑏0 𝑏 ) Em geral pode-se utilizar a = 0,3. 4.2.1 TRANSFERÊNCIA DE ESFORÇOS 18 Bloco parcialmente carregado Notas de aula Prof.Eduardo Thomaz 4.2.1 TRANSFERÊNCIA DE ESFORÇOS 19 Bloco parcialmente carregado A armadura de cintamento pode ser dispensada quando a maior tensão de tração for menor que a resistência à tração do concreto com um coeficiente de segurança igual a 2: 𝜎𝑡= 2,1 𝐹𝑘 𝐴 (1 − 𝑎0 𝑎 ) 𝜎𝑡 ≤ 𝑓𝑡𝑘 2 Arranjo da armadura em bloco parcialmente carregado. Debs,2000 4.2.1 TRANSFERÊNCIA DE ESFORÇOS 20 Punção Diferentemente do caso anterior, a punção caracteriza-se pelo destacamento de parte do elemento (fig.a). Punção devido à introdução de forças em áreas reduzidas Debs,2000 4.2.1 TRANSFERÊNCIA DE ESFORÇOS 21 Punção Tensão de referência calculada na superfície de controle é comparada com o valor último da tensão convencional de punção (fig.b). 𝜏𝑑 = 𝐹𝑑 𝑢𝑑 ≤ 𝜏𝑝𝑢 Fd = força de cálculo; u = perímetro da superfície de controle; d = altura útil; 𝜏𝑝𝑢= valor último da tensão convencional de punção. Os valores de u e tpu são fornecidos na literatura técnica, normas e regulamentos (por exemplo na seção 19 da NBR6118:2014). 4.2.2 MODELOS PARA ANÁLISE DA TRANSFERÊNCIA 22 Modelo de biela e tirante • Consiste em idealizar o comportamento do concreto, nos trechos de descontinuidade, por meio de escoras e tirantes (treliça idealizada). • Os esforços nas escoras são resistidos pelo concreto. Os esforços nos tirantes são resistidos pela armadura. 4.2.2 MODELOS PARA ANÁLISE DA TRANSFERÊNCIA 23 Modelo de biela e tirante Debs,2000 4.2.2 MODELOS PARA ANÁLISE DA TRANSFERÊNCIA 24 Modelo de biela e tirante Notas de aula professor Eduardo Thomaz (ensaios Cristina Haguenauer) 4.2.2 MODELOS PARA ANÁLISE DA TRANSFERÊNCIA 25 Modelo de atrito-cisalhamento • Consiste em assumir que o concreto submetido a tensões de cisalhamentodesenvolve uma fissura potencial no plano dessas tensões. • A partir da teoria de atrito de Coulomb, pode-se determinar a armadura necessária para garantir a transferência do cisalhamento. Debs,2000 4.2.2 MODELOS PARA ANÁLISE DA TRANSFERÊNCIA 26 Modelo de atrito-cisalhamento • A área de armadura é dada por: 𝐴𝑠𝑡 = 𝑉𝑑 𝜙𝑓𝑦𝜇𝑒𝑓 𝜇𝑒𝑓 = 6904𝜆2𝐴𝑐𝑟𝜇 𝑉𝑑 ≤ 𝑚𝑎𝑥𝜇𝑒𝑓 = coeficiente de redução da resistência = 0,85 fy = resistência ao escoamento do aço da armadura 420MPa Vd = força de cálculo paralela à fissura potencial ef = coeficiente de atrito efetivo = coeficiente da densidade do concreto (1,0 para concreto de densidade normal e 0,75 para densidade baixa) Acr = área da superfície da fissura potencial = coeficiente de atrito (conforme tabela) 4.2.2 MODELOS PARA ANÁLISE DA TRANSFERÊNCIA 27 Modelo de atrito-cisalhamento • A ocorrência de força de tração normal Nd à fissura potencial acarreta uma armadura adicional, que adicionada a anterior resulta: 𝐴𝑠𝑡 = 1 𝜙𝑓𝑦 ( 𝑉𝑑 𝜇𝑒𝑓 +𝑁𝑑) A força Vd deve estar limitada ao valor último Vu. Valores do coeficiente de atrito da teoria atrito-cisalhamento e de Vu: Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 28 Ancoragens de Barras Ancoragem por meio de laços Ancoragem com dispositivos metálicos Ancoragem com barras transversais soldadas Ancoragem por meio de dutos e graute 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 29 Ancoragem por meio de laços Raio de dobramento de forma a não produzir fendilhamento no concreto A capacidade total só é mobilizada a partir da distância (3 + r) da extremidade do laço Raio de dobramento deve ser limitado a 7,5 Cobrimentos mínimos de 3 ou 30mm 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 30 Ancoragem por meio de laços Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 31 Ancoragem por meio de laços Laços sem armadura transversal: 𝑟 ≥ 2,1 𝑓𝑦𝑘 𝑓𝑐𝑘 ∅ ∅ 𝑎 Laços com armadura transversal: 𝑟 ≥ (0,55 + 1,1 𝜙 𝑎 )𝜙 𝑓𝑦𝑘 𝑓𝑐𝑘 𝐴𝑠𝑡 = 2 5 𝐹𝑑 𝑓𝑦𝑘 Ast = valor mínimo da armadura transversal Fd = força de cálculo em uma das pernas do laço. Cálculo do raio de dobramento = diâmetro da barra fyk = resistência característica do aço à tração fck = resistência característica do concreto à compressão 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 32 Ancoragem por meio de dispositivos metálicos É empregado quando o comprimento reservado para a ancoragem é muito reduzido A barra a ser ancorada é soldada ao dispositivo que pode ser chapa, cantoneira ou similar Dimensionamento através de avaliação analítica ou teste de laboratório Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 33 Ancoragem por meio de barra transversal soldada Pode ser visto como um caso particular dos anteriores Capacidade de ancoragem de acordo com o PCI A ligação com solda é susceptível a problemas de execução, necessitando de verificação periódica Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 34 Ancoragem por meio de barra transversal soldada Capacidade da ancoragem por meio de barra transversal soldada (PCI): Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 35 Ancoragem por meio de duto e graute • Segundo o PCI, para barras com diâmetro inferior a 25mm, o comprimento de ancoragem pode ser calculado por: 𝑙𝑏 = 0,0148𝜙 2𝑓𝑦𝑘/ 𝑓𝑐𝑘 ≥ 305𝑚𝑚 = diâmetro da barra (mm) fck e fyk em MPa lb em mm Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 36 Emenda de barras com conectores mecânicos Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 37 Emenda de barras com conectores mecânicos Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 38 Exemplo de ligações em pilares (figura 16 da NBR9062:2017) 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 39 Emenda de barras por meio de solda Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 40 Emendas por laços Emenda de barras por meio de laços com as 2 pernas solicitadas à tração: Debs,2000 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 41 Emendas por laços Emenda de barras por meio de laços com somente 1 perna solicitada à tração: ancoragem de cada perna do laço. Debs,2000 Detalhe da emenda de barras por meio de ganchos grandes 4.2.3 ANCORAGENS E EMENDAS DE BARRAS 42 Emenda de barras por meio de tubo preenchido por graute Pode-se utilizar os mesmos valores de emendas de barras por traspasse. Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 43 Nesta seção são apresentadas as indicações para o projeto estrutural dos seguintes componentes das ligações: a) Juntas de argamassa (incluindo o caso particular de contato direto); b) Aparelhos de apoio de elastômero; c) Chumbadores sujeitos à força transversal; d) Consolos de concreto; e) Dentes de concreto; f) Consolos metálicos; g) Dentes metálicos. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 44 a) Juntas de Argamassa Trata-se da camada de argamassa colocada para promover o nivelamento e distribuir as tensões de contato. O enchimento da junta pode ser feito de duas formas: • Argamassa seca, socando manualmente; • Argamassa na forma de graute, por pressão ou por gravidade: Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 45 a) Juntas de Argamassa Comportamento da junta de argamassa submetida à compressão: Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 46 a) Juntas de Argamassa O dimensionamento da junta a compressão consiste em: • Verificar os elementos pré-moldados considerando as tensões de tração. Para tal considera-se o efeito de bloco parcialmente carregado, com a seção da junta reduzida em 2x a sua espessura (fig.c). • Verificar as tensões de compressão na junta. A resistência à compressão da junta é dada por: 𝑓𝑚𝑐𝑗 = 𝜂𝑜𝛼𝑓𝑐𝑘,𝑎𝑑𝑗 fck,adj = menor resistência do concreto dos elementos adjacentes à junta; 0 = coef.de redução da área (área efetiva da junta). 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 47 a) Juntas de Argamassa Valores indicados para 0 (coef.de redução da área): • 0,9 para argamassa auto-adensável; • 0,7 para argamassa seca • 0,3 se o elemento é colocado sobre um berço de argamassa. = coeficiente de eficiência da junta, dado por: 𝛼 = 𝜅 5 1−𝜅 +𝛿2 5 1−𝜅 +𝜅𝛿2 𝜅 = 𝜌𝑚 𝑓𝑚𝑐𝑘 𝑓𝑐𝑘,𝑎𝑑𝑗 = relação entre a altura da parte comprimida da área da junta e a espessura da junta. = relação entre a resistência à compressão da argamassa da junta e a resistência do concreto dos elementos adjacentes à junta. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 48 a) Juntas de Argamassa fmck = resistência característica da argamassa à compressão. m = coeficiente de redução que leva em conta a diferença entre a qualidade da argamassa da obra e a feita em condições laboratoriais, dado por: • 0,75 se o controle de qualidade for feito por CPs padronizados, controladas a umidade e temperatura; • 1,0 se o controle for feito por meio de testemunhos extraídos de juntas e curados nas condições de campo. Segundo o item 7.2.1.3.3 da NBR9062:2017, a pressão de contato não pode ultrapassar 5 MPa. A tensão de cisalhamento não pode ultrapassar 10% da pressão de contato. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 49 b) Aparelhos de apoio de elastômero Promove uma distribuição mais uniforme das tensões de contato nas ligações entre os elementos de concreto, e pode permitir movimentos de translação e rotação. Policloropreno = neoprene. Pode ser empregado na forma de camada simples ou em múltiplas camadas intercaladas de material mais rígido. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 50 b) Aparelhos de apoio de elastômero Dimensões do apoio e elastômero: Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 51 b) Aparelhos de apoio de elastômero O dimensionamento consiste em determinar: • as dimensões em planta a e b; • a espessura da camada (no caso de apoio simples); • número e as espessuras das camadas de neoprene e da chapa de aço (no caso de apoio cintado). No pré-dimensionamento, limita-se a tensão de compressão com uma área A tal que: 𝐴 = 𝑎𝑏 ≥ 𝑁𝑚𝑎𝑥 𝜎𝑎𝑑𝑚 Nmax = máxima força normal de compressão; 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 52 b) Aparelhos de apoio de elastômero sadm = tensão admissível (7MPa para elastômero simples e 11MPa para elastômero cintado. Em geral o valor de b é fixado em função da largura da viga, de forma que se pode determinar o valor de a. A espessura da camada ou a somatória das espessuras das várias camadas de elastômetro pode ser estimada com: h = 2ah,lon ah,lon = deslocamento horizontal devido as ações de longa duração (retração, fluência, temperatura e protensão). 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 53 b) Aparelhos de apoio de elastômero • Limite de tensão de compressão • Limite de tensão de cisalhamento Verificações de limite de tensão • Limite de deformação de compressão • Limite de deformação por cisalhamento Verificações de limite de deformação • Segurança contra o deslizamento e • Levantamento da borda menos comprimida Verificações de descolamento • Condição de estabilidade • Espessura da chapa de aço (apoio cintado) Outras verificações As verificações que compõem o dimensionamento do apoio de elastômero são: 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 54 b) Aparelhos de apoio de elastômero Estas verificações para o elastômero simples (não-cintado) podem ser feitas com as indicações apresentadas na referencia Debs,2000 e na NBR9062:2017 item 7.2.1.6. Fornecedores de apoio de elastômero fornecem catálogos com tabelas e procedimentos para o dimensionamento. Deformações nas almofadas do elastômero: Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 55 b) Aparelhos de apoio de elastômero – Catálogo Neoprex 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 56 c) Chumbadores sujeitos a força transversal Chumbador sujeito à força transversal Chumbador em ligação viga x pilar Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 57 d) Consolos de Concreto São elementos estruturais que se projetam de pilares ou paredes para servir de apoio para outras partes da estrutura ou para cargas de utilização. Balanço bastante curto, não é aplicável a teoria técnica de flexão. A parte inferior do consolo retangular não é praticamente solicitada: pode-se utilizar um chanfro. As isostáticas de tração na parte superior são aproximadamente horizontais (armadura do tirante). As tensões de compressão partem do ponto de aplicação da força e vão até a base do consolo (biela). 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 58 d) Consolos de Concreto: trajetória das tensões principais Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 59 d) Consolos de Concreto: idealização do comportamento A direção do tirante que melhor acompanha o fluxo de tensões de tração é um pouco inclinada em relação a face superior do consolo. Além da armadura do tirante, existe a armadura de costura. Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 60 d) Consolos de Concreto: tipos de ruptura Debs,2000 Esmagamento na parte inferior do consolo. Fissuração diagonal, do ponto de aplicação da força até o canto. Fissuração diagonal, do ponto de aplicação da força até o canto. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 61 d) Consolos de Concreto: modelos de cálculo Modelo biela-tirante; Modelo atrito-cisalhamento. A NBR9062:2017 item 7.3.2.2 indica os seguintes procedimentos para o cálculo dos consolos: • Para 1,0 < a/d < 2,0: dimensionamento como viga em balanço; • Para 0,5 < a/d < 1,0 (consolos curtos): cálculo com o modelo de biela-tirante; • Para a/d ≤ 0,5 (consolos muito curtos): cálculo com o modelo a atrito-cisalhamento. a=distância da força até a face do pilar; d=altura útil. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 62 d) Consolos de Concreto: modelos de cálculo Modelo de cálculo biela-tirante para consolo curto. NBR 9062:2017 – Figura 18 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 63 d) Consolos de Concreto: Arranjo de Armadura Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 64 d) Valores recomendados para verificação do concreto e para o cálculo da armadura do consolo (Debs, 2000) Obs. Para dimensionar segundo a NBR9062:2017, vide itens 7.3.4 a 7.3.9 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 65 d) Valores recomendados para verificação do concreto e para o cálculo da armadura do consolo Debs,2000 Onde: gn conforme item 7.3.1.1 da NBR9062:2017: O valor de vale: • = 1,4 para concreto lançado monoliticamente; • = 1,0 para concreto lançado sobre concreto endurecido intencionalmente rugoso (5mm de profundidade a cada 30mm); • = 0,6 para concreto lançado sobre concreto endurecido com interface lisa. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 66 d) Consolos de Concreto: ancoragem da armadura do tirante Para evitar a possibilidade de ruptura do concreto na extremidade do consolo, a armadura do tirante deve ser ancorada utilizando laço ou barra transversal soldada na extremidade. Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 67 d) Consolos de Concreto: disposições construtivas NBR 9062:2017 – Figura 17 Item 7.3.3 da NBR9062:2017 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 68 d) Disposições construtivas para o detalhamento dos consolos Item 7.3.3 da NBR9062:2017 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 69 d) Disposições construtivas para o detalhamento dos consolos Item 7.3.3 da NBR9062:2017 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 70 d) Consolos de Concreto: disposições construtivas Item 7.3.3 da NBR9062:2017 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 71 e) Dentes de Concreto É bastante comum na pré-moldagem. É também chamado de dente de Gerber e apoio em viga com recorte. Ocorrem elevadas tensões de cisalhamento devido à redução da altura do elemento na região do apoio, resultando uma elevada concentração de armadura. O comportamento dos dentes pode ser considerado como o dos consolos mais a parte de transferência dos esforços nas proximidades da extremidade da viga. As possibilidades de ruína são aquelas do consolo mais aquelas na extremidade da viga. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 72 e) Dentes de Concreto Formas de Dente de Concreto: Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 73 e) Dentes de Concreto Formas de Ruptura nos Dentes de Concreto Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 74 e) Dentes de Concreto Influência da relação hc/h no comportamento do dente de concreto Chanfro no canto retarda a fissuração Quanto menor a relação hc/h, mais as fissuras tendem à direção horizontal. Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 75 e) Dentes de Concreto Esquema de transmissão de forçase das armaduras dos dentes Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 76 f) Consolos Metálicos Os consolos metálicos podem desempenhar o mesmo papel de um consolo de concreto. Possibilidades de consolos metálicos: Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 77 f) Consolos Metálicos No dimensionamento devem ser verificadas a resistência do perfil e a resistência do concreto. Na figura a seguir são apresentadas as deformações e tensões normais de contato que ocorrem devido à aplicação de uma força vertical. A distribuição das deformações varia em função da rigidez relativa do perfil e do concreto. Pode-se admitir que essas distribuições são lineares, com valores limites da deformação específica do concreto de 0,002 para consolos simétricos e 0,0035 para consolos assimétricos. 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 78 f) Consolos Metálicos Distribuição das deformações e das tensões de contato em consolo metálico: Debs,2000 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 79 f) Consolos Metálicos Pode ser adicionada armadura soldada no perfil, e a contribuição da mesma é considerada na formulação: Debs,2000 Armadura adicional soldada em consolo metálico 4.3 COMPONENTES DAS LIGAÇÕES 80 f) Dentes Metálicos Podem ser empregados elementos metálicos para desempenhar o mesmo papel dos dentes de concreto. Debs,2000 4.4 TIPOLOGIA DAS LIGAÇÕES 81 As principais formas de executar as ligações entre os elementos pré-moldados podem ser divididas em dois tipos: a) Ligações em elementos tipo barra, que inclui as ligações típicas de pilares e vigas; b) Ligações em elementos tipo folha, que inclui as ligações típicas de lajes e paredes. As ligações de elementos tipo barra podem ser agrupadas, buscando classificar as ligações com características semelhantes (mas dependendo da ligação, há particularidades). Debs,2000 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 82 Debs,2000 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 83 Debs,2000 Classificação das ligações em elementos tipo barra: 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 84 •Por meio de cálice •Por meio de chapa de base •Por emenda da armadura com graute e bainha •Com emenda de armaduras salientes Ligação Pilar x Fundação •Com emenda das barras da armadura do pilar •Com chapa ou conectores metálicos e solda •Com tubos metálicos •Com cabos de protensão Ligação Pilar x Pilar •Ligações articuladas •Ligações rígidas com solda •Ligações rígidas com emenda da armadura •Ligações rígidas com cabos de protensão Ligação Viga x Pilar e Viga- Viga junto ao pilar • Ligações articuladas • Ligações Rígidas Ligação Viga-Viga fora do pilar • Condição de estabilidade • Espessura da chapa de aço (apoio cintado) Ligação Viga Principal -Viga Secundária 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 85 Debs,2000 Ligação Pilar x Fundação por meio de cálice Vantagens: facilidade de montagem e ajustes de desvios ; transmite bem momentos fletores. Desvantagem: Maior custo (mas é o tipo de ligação mais utilizado no país). 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 86 Debs,2000 Ligação Pilar x Fundação por meio de chapa de base Vantagens: facilidade de montagem e ajuste de prumo. Desvantagens: Para ter boa transmissão de momentos fletores são necessárias chapas de dimensões maiores, o que dificulta o manuseio do pilar e a chapa fica sujeita a danos durante a montagem. 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 87 Debs,2000 Ligação Pilar x Fundação com emenda da armadura com graute e bainha e variante com armadura em laço Vantagem: Boa capacidade de transmitir momento fletor. Desvantagens: Necessidade de manter escoramento provisório, dificuldade de ajuste aos desvios e a susceptibilidade da armadura saliente a danos no manuseio. 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 88 Debs,2000 Ligação Pilar x Fundação com emenda da armadura e concretagem posterior Vantagem: Reproduz praticamente a situação das estruturas de concreto moldado no local. Desvantagens: Dificuldade de montagem, de realização de solda de campo e de concretagem adequada na emenda. Logo, seu uso é limitado. 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 89 Debs,2000 Ligação Pilar x Pilar a) Com emenda das barras da armadura do pilar 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 90 Debs,2000 Ligação Pilar x Pilar d) Com chapas ou conectores metálicos e) Com tubos metálicos f) Com cabos de protensão 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 91 Debs,2000 Ligação Viga x Pilar articulada Nas ligações articuladas normalmente se recorre a chumbadores ou à chapa metálica soldada no topo para promover a segurança em relação à estabilidade lateral da viga. 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 92 Debs,2000 Ligação Viga x Pilar rígida Nas ligações rígidas se procura estabelecer a continuidade estrutural com transmissão de momentos fletores. Podem ser realizadas de 3 formas: a) Ligação Viga x Pilar rígida com conectores metálicos e solda 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 93 Debs,2000 Ligação Viga x Pilar rígida b) Ligação Viga x Pilar rígida com emenda da armadura e concreto moldado no local 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 94 Debs,2000 Ligação Viga x Pilar rígida b) Ligação Viga x Pilar rígida com cabos de protensão 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 95 Debs,2000 Ligação Viga x Viga sobre pilar com estabelecimento de continuidade para momento fletor 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 96 Debs,2000 Ligação Viga x Viga fora do pilar Ligações articuladas: procura-se colocar este tipo de ligação próximo ao ponto de momento nulo de estrutura monolítica correspondente. Ligações rígidas: são menos frequentes. Um exemplo são as ligações de aduelas pré-moldadas construídas em balanços sucessivos. Emprega-se as chamadas juntas conjugadas coladas. É colocada cola ou argamassa entre os elementos e posteriormente aplica- se a protensão. 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 97 Debs,2000 Ligação Viga x Viga fora do pilar 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 98 Ligação Viga Principal x Viga Secundária Ocorrem em pisos e coberturas (entre as terças e a estrutura principal de galpões. Este tipo de ligação é usualmente uma articulação; Para evitar o aumento da altura do piso ou da cobertura, recorre-se a recortes nas vigas. 4.4.1 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO BARRA 99 Debs,2000 Ligação Viga Principal x Viga Secundária 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 100 Debs,2000 Os elementos tipo folha incluem as placas, chapas e cascas. O foco aqui é para as ligações de elementos de lajes e de paredes. De uma maneira geral, nesses tipos de ligação são transmitidas tensões de cisalhamento e tensões devido à força normal. A seguir são apresentadas tabela e desenho com a classificação das ligações em elementos tipos folha (laje e paredes). 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 101 Debs,2000 Classificação das ligações em elementos tipo folha (laje e paredes) 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 102 Debs,2000 Classificação das ligações em elementos tipo folha (laje e paredes) 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 103 Debs,2000 Ligações laje x laje na direção longitudinal dos elementos 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 104 Debs,2000 Ligações parede x parede na direção vertical 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA105 Debs,2000 Ligações laje x parede 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 106 Debs,2000 Ligações laje x laje sobre viga 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 107 Debs,2000 Ligações parede x parede na direção horizontal 4.4.2 LIGAÇÕES EM ELEMENTOS TIPO FOLHA 108 Debs,2000 Ligações parede x fundação 4.4.5 ANÁLISE DAS LIGAÇÕES 109 Debs,2000 Ligações Pilar x Fundação por meio de cálice Neste item, a título de exemplo, serão apresentadas as análises de 2 tipos de ligações, que são muito comuns nas estruturas de concreto pré-moldado: Ligação Pilar x Fundação por meio de cálice de fundação Ligação Viga x Pilar por meio de elastômeros e chumbadores. Consiste no embutimento de um certo trecho do pilar em elemento estrutural de fundação. Algumas variantes deste tipo de ligação são mostradas a seguir. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 110 Debs,2000 Ligações Pilar x Fundação por meio de cálice Formas de cálice de fundação: 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 111 Debs,2000 Ligações Pilar x Fundação por meio de cálice Formas de cálice de fundação: 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 112 Debs,2000 Transferência de esforços na ligação Pilar x Fundação por meio de cálice com colarinho: a) As solicitações são transmitidas do pilar, por meio de concreto de enchimento, para as paredes 1 e 2 do cálice; b) As pressões nas paredes mobilizam também a força de atrito. c) A força normal do pilar, reduzida pela força de atrito, é transmitida para o fundo do cálice e também tende a mobilizar o atrito. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 113 Debs,2000 Transferência de esforços na ligação Pilar x Fundação por meio de cálice com colarinho: Transferência dos esforços em cálice de fundação de paredes lisas. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 114 Debs,2000 Transferência de esforços na ligação Pilar x Fundação por meio de cálice com colarinho: d) As pressões nas parede 1 são transmitidas por flexão para as paredes 3 e 4. e) As forças nas paredes 3 e 4 são transmitidas para a base do cálice com um comportamento de consolo; f) As pressões na parede 2 são transmitidas de forma direta para a base. g) A força normal que chega ao fundo do tende a puncionar a base, quando esta for de pequena espessura (caso de sapatas). 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 115 Debs,2000 Transferência de esforços na ligação Pilar x Fundação por meio de cálice com colarinho: Detalhes de transmissão das forças pelas paredes do cálice 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 116 Debs,2000 Emprego de rugosidade no pilar e no cálice: Para melhorar a transmissão de forças no cálice, pode-se recorrer ao uso de rugosidade na parte externa do pilar e interna do cálice. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 117 Debs,2000 Esquema de armadura do cálice de fundação: Tanto para paredes lisas quanto para paredes rugosas. Onde: Ashp = armadura para transmitir Hsup Asvp = armadura do tirante (consolo curto) Asl = armadura de flexão da parede 1 (só para paredes lisas) Asv e Ash = armaduras secundárias de distribuição e costura. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 118 NBR 9062:2017 Item 7.7.3.1 Figura 26 Transferência dos esforços em cálices de interfaces lisas ou rugosas com grande excentricidade Md/(Ndh) ≥ 2 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 119 NBR 9062:2017, Item 7.7.2.1, Tabela 15 Comprimentos mínimos de embutimento do pilar • No caso de pilar sujeito a tração, Lemb deve ser sempre 2,0h e as interfaces não podem ser lisas. • O comprimento de embutimento não pode ser inferior a 40 cm e deve ser compatível com o comprimento de ancoragem da armadura do pilar. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 120 Dimensionamento da fundação do cálice Deve ser considerada a existência ou não de rugosidade no pilar e na parede; Parede rugosa: • admite-se que as solicitações sejam transmitidas pelo conjunto pilar+colarinho. • O dimensionamento é feito como se o pilar tivesse as dimensões externas do colarinho. • No caso de sapata a punção seria verificada considerando partindo da face externa da parede do colarinho, conforme figura a seguir (fig.a)). 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 121 Dimensionamento da fundação do cálice Debs,2000 a) Punção na base do cálice com pilar e paredes rugosas b) Forças de atrito no cálice com pilar e paredes lisas. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 122 Dimensionamento da fundação do cálice Parede lisa: • Em geral admite-se que a situação extrema de que toda força normal do pilar seja aplicada na base. • A verificação da punção da sapata deve ser feita com as dimensões do pilar. • A força que chega a base do pilar pode ser reduzida pelo atrito mobilizado pelo colarinho (fig.b)), desde que a atuação de N e M seja simultânea. • Pode-se considerar que uma parte da força normal que chega até a base seja transmitida para o colarinho, se houver armadura de suspensão calculada para tal (fig.c)). Sugere-se que este valor não seja superior a 0,5 da força normal. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 123 Dimensionamento da fundação do cálice Debs,2000 c) Punção da base e armadura de suspensão do cálice com paredes lisas • A espessura da base do cálice não deve ser inferior a 200mm. 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 124 Detalhes da armadura do pilar junto ao cálice com paredes lisas Debs,2000 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 125 Arranjo da armadura do cálice – Situação Geral Debs,2000 4.4.5.1 PILAR X FUNDAÇÃO COM CÁLICE 126 Arranjo da armadura do cálice – Situação de Md/Ndh < 0,15 Debs,2000 4.4.5.2 VIGA X PILAR COM ELASTÔMERO 127 A ligação viga x pilar por meio de elastômero e chumbadores é de uso intensivo nas estruturas de concreto pré-moldado no Brasil e no exterior; Se não houver risco das ocorrências de tombamento e instabilidade lateral, como por exemplo vigas baixas e largas, ou outros meios de garantir a não ocorrência (encaixe), os chumbadores podem ser dispensados. Em relação ao espaço entre o chumbador e o furo da viga, pode ser empregado enchimento com material deformável, tipo asfalto ou mastique, ou graute auto-adensável não retrátil 4.4.5.2 VIGA X PILAR COM ELASTÔMERO 128 Alternativas de ligação viga x pilar com elastômero e chumbadores Ligação em ponto intermediário do pilar com ou sem recorte na viga Ligação no topo do pilar sem ou com recorte na viga 1 viga, com recorte 1 viga, sem recorte 2 vigas 2 vigas Debs,2000 4.4.5.2 VIGA X PILAR COM ELASTÔMERO 129 Alternativas de ligação viga x pilar com elastômero Vigas muito altas: chumbadores fixados lateralmente mediante nichos. No caso de ligações por encaixe, os chumbadores podem ser dispensados. Debs,2000 4.4.5.2 VIGA X PILAR COM ELASTÔMERO 130 Algumas formas dos chumbadores na ligação viga x pilar • Chumbadores fixados com graute (a). • Chumbadores com rosca na extremidade. A viga é fixada com arruela e porca (fig. b) e d)). Ou em dispositivo metálico (c). Debs,2000 4.4.5.2 VIGA X PILAR COM ELASTÔMERO 131 Transmissão dos esforços em ligação de pilar com consolo e apoio em viga com recorte. Debs,2000 4.4.5.2 VIGA X PILAR COM ELASTÔMERO 132 Arranjo de armadura no topo do pilar Debs,2000 Posição da resultante vertical no consolo devido a desvios e rotação REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS• ACKER, V.A. , 2002, Manual de Sistemas Pré-Fabricados de Concreto, FIB. • DEBS, M.K.El, 2000, Concreto Pré-moldado: Fundamentos e Aplicações, EESC-USP - Universidade de São Carlos. • LÚCIO, V. e CHASTRE, C., 2012, Estruturas Pré-Moldadas no Mundo: Aplicações e Comportamento Estrutural, Fundação da Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade NOVA de Lisboa. • MELO, C.E.E. et al, 2007, Manual MUNTE de projetos em pré-fabricados de concreto, PINI. • CEB-FIP model code 1990 – Comité Euro-International du Béton. Bulletin d´Information, n.203-205 • PCI – Precast/Prestessed Concrete Institute, 1992. Design Handbook: precast and prestessed concrete. 4ed. Chicago, PCI. • Notas de aula Prof. Eduardo Thomaz (http://aquarius.ime.eb.br/~webde2/prof/ethomaz/). 133 NORMAS BRASILEIRAS Normas utilizadas para o projeto: • ABNT NBR 9062:2017–Projeto e execução de estruturas de concreto pré- moldado –Procedimento • ABNT, NBR-6118:2014 – Projetos de Estruturas de Concreto – Procedimento • ABNT, NBR-6120:2000 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações. • ABNT, NBR-6123:2013 – Forças devidas ao vento em Edificações. • ABNT, NBR-8681:2004 – Ações e Segurança nas Estruturas – Procedimento. 134 NORMAS BRASILEIRAS Outras normas : •ABNT NBR 12655:2015 –Concreto –Preparo, controle e recebimento – Procedimento. •ABNT NBR 14931:2003 –Execução de estruturas de concreto – Procedimentos. •ABNT NBR14861:2011 -Lajes Alveolares pré-moldadas de concreto protendido (comissão de estudos painéis) •ABNT NBR 15146: 2011 -Controle Tecnológico do Concreto –Qualificação de Pessoal (parte 3) •ABNT NBR 16258: 2013 -Estacas pré-fabricadas de Concreto •ABNT NBR 16475 :2017-Painéis e Parede de Concreto Pré-Moldado – Requisitos e Procedimentos. 135 PERGUNTAS? 136 OBRIGADA! 137
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