LIGAÇÕES EM ESTRUTURAS PRÉ-FABRICADAS PARA EDIFÍCIOS - Válter Lúcio

7/22/2019 LIGAES EM ESTRUTURAS PR-FABRICADAS PARA EDIFCIOS - Vlter Lcio

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LIGAES EM ESTRUTURAS PR-FABRICADASPARA EDIFCIOS

VLTER J.G.LCIOProf. Associado da Universidade Nova de Lisboa

Investigador do ICIST

1. INTRODUO

Neste documento apresentam-se alguns dos princpios por que se devem regera concepo e dimensionamento de ligaes em estruturas pr-fabricadas paraedifcios. O assunto bastante vasto, focando-se aqui apenas as ligaes emestruturas porticadas, ficando por tratar temas como as ligaes em estruturasde painis, as ligaes relativas aos pavimentos e aos painis de fachada.

No captulo 2 referem-se os tipos estruturais e a sua concepo para as acesverticais e para as aces horizontais, definindo assim os tipos de ligaes e asaces a que esto sujeitas. Descrevem-se tambm as exigncias funcionais

das ligaes, o que permite definir os princpios que condicionam a suaconcepo.

Nos captulos seguintes descrevem-se a ligao pilar-fundao, a ligaosimples viga-pilar, e a ligao viga-pilar com transmisso de momentos.

2. CONCEPO DE ESTRUTURAS PR-FABRICADAS

Podemos definir sete tipos de estruturas pr-fabricadas mais correntes(Figuras 1 a 3): moradias de um s piso, com vos de 3 a 6 metros e alturaentre pisos de 3m; edifcios de habitao ou escritrio com 2 a 5 pisos (ou mais),

com vo de 3 a 6 metros e altura entre pisos de 3 a 4 m; auto-silos com 2 a 4pisos, com vos de 7.5 a 15 m e altura entre pisos de 3m; grandes armaznscom 2 a 4 pisos, com vos de 10 a 20 m numa direco e 3 a 6 m na direcoortogonal, e altura entre pisos de 5 a 7 m; grandes reas comerciais de umnico piso de 5 a 7 m de altura e 10 a 15 m de vo; naves industriais ouagrcolas, ou pequenos armazns de um nico piso com 5 a 7 m de altura evos de 10 a 30m numa direco e 3 a 6m na direco ortogonal; edifciosmistos com um piso geral para armazm ou indstria, e um segundo piso, demenor p direito e numa zona restrita, para escritrios.


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Figura 1 - Tipos de estruturas pr-fabricadas: habitao e escritrios.

2.1 Edifcios de um s pisoNos edifcios de um s piso e cobertura ligeira, como so os casos (e), (f) e (g),as aces gravticas so pequenas, e a aco dos sismos , em geral,desprezvel. A aco condicionante do dimensionamento da estrutura usualmente o vento. Neste caso o sistema estrutural constitudo por pilaresencastrados na base e asnas apoiadas nos pilares. Nos casos em que numadireco o vo muito menor que na outra (casos (f) e (g)) existem vigaslongitudinais que, com os pilares, formam prticos na direco do menor vo. Acobertura constituda por chapas de fibrocimento ou metlicas, suportadas pormadres de beto armado pr-tensionado ou em ao, que transferem as acess asnas. Estas podero ser pr-esforadas para vos de maiores dimenses. A

cobertura funciona como diafragma na distribuio das foras horizontais pelosdois prticos longitudinais e entre os pilares na direco transversal.

Figura 2 - Tipos de estruturas pr-fabricadas: auto-silos e armazns de vriospisos.

(b) HABITAO E ESCRITRIOS

3 a4m

3 a6m

3 a 6m

(a) MORADIAS

3 a 6m

3m

3 a6m

(d) ARMAZNS

5 a7m

3 a6m

10 a 20m

5 am

m

(c) AUTO-SILOS

7.5 a 15m


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Figura 3 - Tipos de estruturas pr-fabricadas: grandes reas de um s piso.

As ligaes neste tipo de estruturas so:

a) ligao pilar-fundao - ligao com encastramento total do pilar nafundao, uma vez que o esforo principal na ligao o momento devido aco do vento nas fachadas;

b) ligao de continuidade entre as vigas longitudinais e os pilares,dimensionada para pequenos esforos de flexo e normalmente executada

com betonagem em obra da extremidade superior do pilar;c) ligao entre a asna e o pilar, sem capacidade de transmisso de momentos,

constituda por aparafusamento de ferrolhos salientes da cabea do pilar oupor betonagem de armaduras salientes da cabea do pilar e dasextremidades da asna;

d) ligao das madres s asnas, usualmente com chapas metlicasaparafusadas asna.

Existem outros sistemas em que dada continuidade na ligao asna-pilar,formando prticos transversais, aumentando a hiperstatia do conjunto ereduzindo os esforos nas fundaes.

(f) PAVILHES INDUSTRIAISE AGRCOLAS, E ARMAZNS

3 a6m

5 a7m

3 a6m

10 a 30m

(g) MISTOSINDUSTRIAIS/ESCRITRIOS

6 a7m

10 a 30m

6 a7m

(e) GRANDES REAS COMERCIAIS

5 a7m

10 a15m

10 a 15m


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Este tipo de estruturas bastante comum, sendo o maior mercado da indstriade pr-fabricao de estruturas para edifcios. Existem vrios sistemas |1|,alguns patenteados, com larga experincia e comprovada eficcia.

2.2 Edifcios de vrios pisos

Nos edifcios com vrios pisos, como pode ser o caso dos edifcios de habitaoe de escritrios (b) e auto-silos (c), as aces gravticas so importantes, sendoos seus efeitos, ou o efeito da aco ssmica, dependendo do grau desismicidade do local, o que condiciona o dimensionamento da estrutura.

Nos edifcios com vrios pisos e mdios ou grandes vos, como o caso dosauto-silos (c), e com elevadas cargas verticais, como o caso dos armazns (d),na direco do maior vo a aco condicionante no dimensionamento so ascargas verticais, enquanto que nos menores vos a aco condicionante osismo.

Os pavimentos podem ser compostos por elementos pr-fabricados,solidarizados por uma camada de beto complementar moldada em obra. Aescolha da soluo pr-fabricada ser funo das cargas, do vo a vencer e doescoramento a utilizar, ou no, na fase de betonagem. O escoramento dever,sempre que possvel, ser evitado, obtendo-se assim uma soluo com reduzidoscustos indirectos e enormes vantagens para o andamento da obra.

Os pavimentos mais correntes so:

lajes com pr-lajes de beto armado ou pr-tensionado, e betocomplementar;

lajes com pranchas alveoladas de beto pr-tensionado e beto

complementar; lajes com pr-lajes em U invertido ou em TT de beto armado ou

pr-tensionado, com beto complementar.

Quando a concepo e o dimensionamento das estruturas so condicionadospela aco dos sismos, tal como nas estruturas de beto moldado em obra, asestruturas pr-fabricadas devem ser projectadas obedecendo aos seguintescritrios |2|:

regularidade em planta, evitando geometrias com o centro de rigidez distantedo centro de massa, garantindo uma ligao eficiente entre corpos ouutilizando juntas para dividir a estrutura em corpos consistentes;

regularidade em altura, evitando variaes bruscas de rigidez em altura egarantindo a continuidade dos elementos verticais, pilares e paredesresistentes, at s fundaes;

evitar o soft floor - piso com maior p-direito e/ou sem paredes divisrias,que conduz a um mecanismo de rotura constitudo por rtulas plsticasexclusivamente nos pilares desse piso (Figura 4);

evitar pilares curtos - na base dos edifcios como forma de os elevar do nveltrreo, na interseco das rampas de acesso de veculos em auto-silos, naszonas dos patins intermdios das escadas, etc. Em caso de sismo estespilares tm rotura frgil por esforo transverso;

promover a redundncia estrutural, isto , proporcionar mais do que umsistema sismo-resistente evitando a dependncia a um nico sistema, como


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por exemplo: paredes resistentes e prticos viga-pilar, que no conjunto sepossam complementar e transferir os esforos por redistribuio plsticaaquando da aco ssmica;

proporcionar diafragmas rgidos nos pisos que possam distribuir as foraspelos vrios elementos verticais resistentes, conferindo ao piso um

comportamento de corpo rgido no seu plano e uma ligao eficaz das lajesaos elementos verticais;

conferir estrutura capacidade de dissipar a energia desenvolvida pelo sismo,atravs da deformao plstica em flexo, sem perda substancial daresistncia;

as rtulas plsticas devem-se desenvolver em todos os pisos epreferencialmente nas vigas e no nos elementos verticais, excepto na basedestes - capacity design.

Figura 4 - Capacity Design

As estruturas pr-fabricadas tm algumas particularidades em relao a estescritrios de concepo que importa realar:

devido a uma maior preocupao de uniformizao das peas pr-fabricadas,as estruturas pr-fabricadas so, em geral, mais regulares, quer em planta,quer em altura;

no caso de auto-silos, a estrutura das rampas deve ser independente daestrutura do edifcio por forma a evitar pilares curtos, mais sensveis acodos sismos;

a redundncia estrutural nem sempre considerada no projecto de edifciospr-fabricados com vrios pisos. Cometem-se por vezes erros ao considerarpara edifcios de vrios pisos as regras utilizadas para pavilhes industriais deum nico piso. Nos edifcios de um piso a redundncia insipiente e resume-se (reduzida) funo de diafragma da cobertura e ao funcionamento, nemsempre eficaz, dos prticos longitudinais. Nestes edifcios a aco do sismono , em geral, importante, pelo que a concepo adoptada suficiente paraas aces a que est sujeito. Nos edifcios com vrios pisos ser necessrioconsiderar, tal como nas estruturas betonadas em obra, paredes resistentese/ou ligaes viga-pilar rgidas, isto , que possuam resistncia flexo epermitam a dissipao de energia por deformao plstica sem perdasubstancial de resistncia.

os pavimentos pr-fabricados devem ser eficientemente ligados s vigas e sparedes resistentes, e terem capacidade para transferirem as foras entre os

NODEFORMAO

PLSTICA NOSPILARES

SIMDEFORMAO

PLSTICA NAS VIGAS"CAPACITY DESIGN"

NODEFORMAO PLSTICA

NUM S PISO"SOFT STOREY"


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elementos verticais sem deformao considervel no seu plano, por forma agarantirem o comportamento de diafragma rgido referido. fundamental queestes pavimentos possuam uma camada de beto complementar betonada emobra e sejam convenientemente armados para exercerem eficazmente asfunes de diafragma rgido;

quanto ao comportamento dos pilares, se estes forem executados num nicoelemento pr-fabricado para toda a altura do edifcio, o que possvel paraedifcios at 25m de altura, estes so mais eficientes que os pilares betonadosem obra. Os pilares betonados em obra tm juntas de betonagemexactamente nos ns de ligao s vigas, por vezes pouco cuidadas,congestionamentos de armaduras com deficincia de cintagem, exactamentenas zonas crticas de formao de rtulas plsticas sob a aco do sismo. Nospilares pr-fabricados estes problemas podem ser facilmente evitados.

No entanto, a execuo da ligao das vigas aos pilares parece ser, em termosde comportamento s aces ssmicas, o calcanhar de Aquiles das estruturaspr-fabricadas.

As ligaes viga-pilar, em termos de comportamento sob as aces ssmicas,podem ser classificadas em trs tipos |2|:

sistema emulativo - as ligaes situam-se longe das zonas crticas onde seformam as rtulas plsticas de flexo (Figura 5). Neste caso a ligao viga-pilar no influencia o comportamento da estrutura ao sismo.

Figura 5 - Sistema emulativo para pequenos vos.

ligaes sobredimensionadas - neste sistema, tanto o pilar como a vigadevero ser sobredimensionados perto da zona crtica (zona de formao das

rtulas plsticas) por forma a que a potencial deformao plstica se d naviga mas longe da ligao.

sistemas dissipativos - as ligaes, dentro da zona crtica da ligao viga-pilar,so especialmente desenhadas para, atravs da deformao plstica,garantirem um comportamento dctil global da estrutura, com dissipao deenergia.

Por razes de produo e transporte, os sistemas emulativos nem sempre soviveis. Os sistemas com ligao sobredimensionada so normalmentedispendiosos e arquitectonicamente inaceitveis, pelo que nos restaimplementar solues de ligaes dissipativas.

Embora no esquecendo o princpio da redundncia estrutural, no necessrioque toda a estrutura participe igualmente na resistncia ao sismo podem ser

betonagem aefectuar em obra


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criadas na estrutura algumas zonas sismo-resistentes, com prticos dotados deligaes viga-pilar especialmente desenhadas para esse fim.

Figura 6 - Estrutura com zonas sismo-resistentes.

Devem ser tomados especiais cuidados para evitar a possibilidade de perda desuporte |3| das vigas e das lajes, isto , o deslocamento relativo desteselementos em relao ao seu apoio e posterior queda pode ser evitado compormenorizao eficaz das zonas de apoio, com utilizao de ligaesresistentes ao corte a foras horizontais, tal como ferrolhos verticais. Os apoiosdevem ser dimensionados para foras horizontais |4| resultantes de acesnormalmente no consideradas nos clculos (retraco do beto, variaes detemperatura, excentricidades devido a imperfeies geomtricas e deformao

elstica e inelstica da estrutura).

Figura 7 - Perda de suporte.

Outro problema inerente s estruturas pr-fabricadas o colapso progressivo, oqual pode ser causado por falta de redundncia estrutural.

2.3 Exigncias funcionais das ligaes

Podemos enumerar as exigncias funcionais de uma ligao, como se segue. Aligao tanto mais eficaz quanto melhor corresponder a essas exigncias.

LIGAO VIGA-PILAR LIGAO LAJE-VIGA

PAREDES

RESISTENTES

PRTICOSSISMO-RESISTENTES


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A) - Fabrico - a ligao deve ser simples e fcil de fabricar. O nmero deacessrios e de especialidades utilizados no fabrico da ligao deve serreduzido.

B) - Transporte - a ligao no deve condicionar os meios e o custo dotransporte dos elementos pr-fabricados, assim como no deve ser sensvel aacidentes que ocorram durante a carga, o transporte e a descarga da fbricapara a obra.

C) - Montagem - a ligao deve facilitar a montagem, permitindo custosreduzidos dos meios de elevao (gruas) e de escoramento.

A ligao deve ser concebida para ser estvel durante o processo de montagemde todos os elementos pr-fabricados, at ao seu fecho em obra, isto , aligao deve resistir sem rotao, nem perda de suporte, s cargas excntricasaplicadas durante a montagem de todas as peas e durante as betonagensexecutadas em obra.

D) - Execuo- a execuo, ou fecho da ligao, em obra deve compreenderum nmero reduzido de operaes e de diferentes especialidades. Deve sersimples e econmica.

Deve dar-se preferncia a operaes simples, como encaixe, aparafusamento,e, eventualmente, betonagens ou injeces de argamassas ou caldas em queno sejam necessrias cofragens complexas e em que seja possvel controlar aqualidade final do produto aplicado, garantindo vibrao e cura eficientes, purganas injeces, a eficiente ligao entre betes de diferentes idades. Nesta fasedeve-se ter em considerao que as condies de trabalho em obra so maiscomplexas que em fbrica, sendo mais difcil obter em obra o mesmo nvel de

qualidade que em fbrica. Por esta razo, importante utilizar, tambm emobra, mo-de-obra especializada.

E) - Durabilidade- Os materiais e os processos utilizados nas ligaes devemser estveis com o tempo, e manterem as suas propriedades mecnicas e o seuaspecto sem alterao ao longo da vida til da obra.

Quando se empregam acessrios metlicos, estes devem estar devidamenteprotegidos contra a corroso.

F) - Estabilidade ao fogo - Os acessrios que garantem a segurana dasligaes devem ter capacidade de resistir aco do fogo sem conduzirem ao

colapso prematuro da estrutura. Estes acessrios tambm no devem sersensveis a temperaturas elevadas, que ocasionalmente possam ocorrer durantea utilizao da estrutura (as resinas epoxdicas, por exemplo, liquefazem-se acerca de 70C).

G) - Comportamento estrutural- As ligaes devem resistir com segurana scargas que lhes so aplicadas, garantindo a segurana aos estados limitesltimos de traco, de compresso e de corte, e ao derrubamento ou perda desuporte dos elementos que ligam. Por outro lado, deve ser verificada asegurana aos estados limites de utilizao, tais como a abertura de fendas nasjuntas da ligao entre materiais, fendas devido a elevadas tenses decompresso, ou deformaes e deslocamentos, que possam comprometer afuncionalidade ou o aspecto da estrutura.


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O comportamento da ligao sob as aces dos sismos, quando seja pertinenteconsider-las, pode condicionar a concepo das ligaes. As ligaes quegarantem a continuidade de esforos de flexo devero ser projectadas deacordo com o que foi especificado na seco anterior. Todas as ligaes,incluindo as que no foram concebidas para resistir aco dos sismos, devemser estveis para estas aces, isto , no podem comprometer a estrutura porderrubamento ou perda de suporte dos elementos ligados.

H) - Esttica- Uma das vantagens das estruturas pr-fabricadas a economiaconseguida nos acabamentos dos edifcios devido qualidade das superfciescofradas. As ligaes devem respeitar esta vantagem sobre as estruturasbetonadas em obra. O fecho de ligao no deve danificar as superfciesexecutadas em fbrica com escorrimentos de caldas, ou com betonagensparciais que criam superfcies com textura diversa da produzida em fbrica. Asligaes devem ter formas elegantes e que respeitem a arquitectura projectada.

I) - Economia- O custo das ligaes no deve comprometer a concorrncia da

estrutura pr-fabricada, em relao a outras solues.

3. LIGAO PILAR-FUNDAO

As ligaes pilar-fundao mais correntes so dos tipos indicados na Figura 8. Oprimeiro e segundo exemplos ((a) e (b)) correspondem a pilares encastradosnuma cavidade executada na fundao (sapata ou macio de encabeamentode estacas), com posterior betonagem do espao livre entre a superfcie interiorda cavidade e as faces laterais do pilar. No terceiro e quarto casos, (c) e (d),existem armaduras salientes do pilar ou da fundao, respectivamente, que sointroduzidas em aberturas e posteriormente seladas por injeco de umaargamassa ou calda apropriada. O quinto e ltimo tipo indicado corresponde auma ligao semelhante s ligaes utilizadas em estruturas metlicas,constituda por ferrolhos salientes da fundao que so aparafusados a umachapa a qual vem soldada s armaduras na base do pilar.

Nos pargrafos seguintes so descritos os sistemas de ligao do pilar fundao. Para o dimensionamento da fundao em si podem ser consultadasas referncias |5| e |6|.

3.1 Fundaes com cavidade

Este tipo de fundao permite um bom encastramento do pilar na fundao,

sendo simples e econmica a sua execuo.A sapata pode ser pr-fabricada ou moldada no local, sendo a cavidadeexecutada com as superfcies laterais ligeiramente inclinadas para facilitar adescofragem. A extremidade inferior do pilar colocada na cavidade e niveladocom calces de chapa de ao colocados no fundo desta. O pilar aprumado como auxlio de cunhas que so posicionadas entre as faces laterais do pilar e acavidade. A cavidade ento preenchida com argamassa ou beto norectrcteis.


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Figura 8 - ligaes pilar-fundao mais correntes.

A cavidade garante o encastramento do pilar e a sua altura deve ser calculadapara esse fim, como se descreve adiante.

O beto abaixo da extremidade do pilar responsvel pela resistncia dafundao ao punoamento. A altura da fundao tem duas parcelas, tendo afinalidade de garantir o encastramento do pilar e a outra a de garantir aresistncia ao punoamento. Em edifcios com um nmero elevado de pisos, emque a fora de punoamento grande, como so os casos (e), (f) e (g) da

Figura 3, este tipo de fundao demasiado dispendioso em volume de beto,pois a altura total da fundao torna-se demasiado grande.

Se se desprezar o atrito entre as faces do pilar e a fundao |6|, o momento deencastramento transferido por um binrio de foras Fc(Figura 9) e uma foravertical excntrica na base do pilar (N). O modelo de escoras e tirantes |5|representado na Figura 9 pode ser utilizado para verificar as foras internas nopilar nomeadamente, para dimensionar as armaduras transversais na zonaencastrada do pilar.

O binrio das foras Fc:

M

= Fc(l xV- x ) (1)

Este binrio deve ser equilibrado pelo momento das foras aplicadas (M, N e V),dado por

M= M + V xV/2 - N (a xN)/2 (2)

Nestas expresses l a profundidade da cavidade, x, xVe xNso as dimensesdos blocos de tenses de Fc, V e N, respectivamente. Estas dimenses podemser estimadas considerando uma tenso til de resistncia compresso dobeto de preenchimento da cavidade de 0.6 fcd. O valor da resistncia compresso do beto (fcd) aqui reduzido em 40% para ter em considerao a

eventual menor qualidade de compactao deste beto devido ao espaoreduzido entre as faces da cavidade e do pilar.


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Figura 9 Modelo de escoras e tirantes para as foras internas no pilar.

Os valores de xVe xNpodem ser obtidos das expresses seguintes, onde b alargura do pilar.

xV =cdf6.0b

V e xN=

cdf6.0b

N (3)

Da mesma forma:

Fc= 0.6 fcdb x (4)

Substituindo Fcna expresso (1) somos conduzidos a uma equao do 2 grau,cujas razes so reais se

Vcd

xf6.0b

M2 +

l (5)

Esta expresso representa o menor valor admissvel para a profundidade dacavidade, cuja espessura das paredes no deve ser inferior a l/2. O Eurocdigo2 |3| especifica l1.2a, em que a a espessura do pilar. Sendo l o valormnimo da profundidade da cavidade, condicionado pelas tenses no beto queenvolve o pilar, importa agora verificar a resistncia ao esforo transverso dopilar situado dentro da fundao.


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O pedestal deve ser armado para resistir fora Fc, aplicada pelo pilar no seutopo, e transmiti-la para a base da fundao. O modelo de dimensionamentodestas armaduras e das armaduras da sapata, encontra-se esquematizado naFigura 10. O modelo baseado tambm no mtodo das escoras e tirantes, eassume-se que as tenses no solo tm uma distribuio plstica. Para umafora axial excntrica e=M/N, as tenses no solo distribuem-se numa rea B(A-2e), onde A e B so as dimenses em planta da sapata. Podem ocorrer duassituaes distintas: se eA/4 as tenses no solo situam-se em menos de metadeda base da sapata, caso contrrio, isto , se e


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Na Figura 11 representa-se uma sapata com cavidade mas sem pedestal. Nestecaso representou-se o modelo de escoras e tirantes para e


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Figura 12 - Ligao pilar - fundao com armaduras salientes de fundao.

A ligao indicada na Figura 12 tem o inconveniente de causar um grande

congestionamento de armaduras na base do pilar, e de ser bastante sensvel aeventuais erros de posicionamento das armaduras salientes da fundao.

Figura 13 - Ligao pilar-fundao com armaduras salientes do pilar.

No segundo caso (Figura 13) a injeco dos furos mais difcil de controlar queno primeiro. Ambos os sistemas exigem o escoramento dos pilares at se atingira presa da calda da injeco dos furos. Os modelos de escoras e tirantes para odimensionamento das armaduras esto representados nas Figuras 12 e 13.

Figura 14 - Ligao pilar - fundao por aparafusamento em ferrolhos salientes nafundao.

Na Figura 14 representa-se uma ligao por aparafusamento de uma chapasoldada base do pilar a chumbadouros salientes da fundao. Este sistema fcil de montar, e tem um bom comportamento s aces ssmicas. No entanto,


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mais difcil resistir a momentos elevados que nas ligaes com cavidade eexige uma proteco eficaz das chapas metlicas contra a corroso.

4. LIGAO VIGA - PILAR

Como foi referido podemos classificar as ligaes viga-pilar em ligaes semtransmisso de momentos, em que a viga apoia no pilar com liberdade derotao, e ligaes com continuidade de momentos entre a viga e o pilar.

4.1 Ligao sem transmisso de momentos.

As ligaes viga-pilar sem continuidade de momentos devem ser dimensionadaspara as seguintes aces:

corte no apoio;

traco;

rotao por toro;

perda de suporte durante a montagem, para aces de acidente e para aaco ssmica.

O apoio pode ser directo sobre a extremidade do pilar, como o caso das asnasde cobertura, ou em consolas curtas salientes do pilar. Este tipo de ligao podetambm ser realizado por encaixe de acessrios colocados na face do pilar.

Se a viga assenta sobre o pilar, ou sobre a consola curta, deve ser utilizada umabase de argamassa, de neopren reforado ou chapas de ao, por forma a obteruma uniformizao das tenses de compresso nas zonas de contacto.

As zonas da ligao, tanto da viga como do pilar, devem ser dimensionadaspara as aces de corte e de traco referidas. As aces de toro sonormalmente absorvidas por ferrolhos salientes do pilar, que atravessam a vigae so aparafusados na extremidade.

Figura 15 - Exemplo de apoio na fase de montagem.


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As dimenses das zonas de contacto da viga e do pilar devem ser projectadaspor forma a no serem sensveis s tolerncias de fabrico e de montagem, e apormenorizao das armaduras deve evitar que as tenses de contacto sejamtransmitidas a zonas de beto no cintado, a bordos, cantos ou s zonas debeto que constituem o recobrimento das armaduras, conduzindofrequentemente a rotura frgil do apoio e perda de suporte. As armadurasdevem estar dimensionadas para foras horizontais normalmente de difcilquantificao, como sejam as resultantes de assentamentos de apoio,retraco, variaes de temperatura, aco do sismo ou outras aces deacidente.

4.1.1 Dimenso do apoio

O comprimento nominal de um apoio |7| de largura b1 dado por:

a =a1+ a2+ a3+23

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aa + (6)

onde (ver Figura 14): a1 a largura da base de apoio; a2e a3so as distnciasda base de apoio s extremidades do pilar e da viga, respectivamente; a2e a3so as tolerncias relativas distncia entre pilares e de comprimento da viga,respectivamente. A dimenso a1deve ser determinada em funo da resistnciado material do apoio (fbed) e das caractersticas dos dois betes (fcd)

FEda1b1fRd (7)

com fRd=fbed0.85 fcd (8)

ou, em ligaes secas fRd=0.4 fcd (9)

Figura 16 Dimenses dos apoios.

FEd/a1b1fcd 0.15 0.15-0.4 >0.4

a1 (mm) 90 110 140

a2 C30/37 10 15 25

(mm)


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4.1.2 Consolas curtas

O dimensionamento das consolas curtas pode ser efectuado utilizando o mtododas escoras e tirantes ilustrado na Figura 17 |5|.

Figura 17 Modelo de escoras e tirantes para a consola curta.

No dimensionamento das armaduras deve ser considerada uma fora horizontalmnima H 0.2 V, para ter em conta eventuais aces no contabilizadas |4|.Considerando o equilbrio das foras nas escoras e no tirante obtm-se:

T1=V a/z + H (10)

com z=d-x2/2, e a=e+c H/V + x1/2, sendo x1=V/b0.85fcd e x2=(T1-H)/b0.85fcd,onde b a largura da consola. Para efeitos de clculo convm arbitrar um valorinicial de z=0.8d para estimar x2, e, por iteraes, chegar ao valor correcto de z.

Figura 18 - Armadura principal em lao.

No EC2 |4| recomenda-se a utilizao de estribos horizontais sempre queh 0.30m e horizontais, ou inclinados, sempre que T1bh 0.4fcd. A rea destesestribos deve ser no mnimo 40% da rea da armadura principal. Em |5|

apresentam-se outros modelos para quantificar esta armadura.


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A armadura do tirante T1deve estar devidamente amarrada na extremidade daconsola, sendo a forma ideal o lao, podendo haver mais que uma camada dearmaduras (Figura 18).

4.1.3 Extremidades das vigas

Para evitar a rotura das extremidades das vigas, a armadura inferior deve serdevidamente amarrada junto extremidade. Na Figura 19 apresentam-sealgumas pormenorizaes que devem ser utilizadas nestes casos.

No exemplo ilustrado na Figura 19 (a) a armadura sobre o apoio deve serdimensionada por uma fora

FEd=VEd(cotg-cotg)/2+H (11)

onde VEd o valor do esforo transverso no apoio, H a fora horizontal

(H 0.2VEd), o ngulo das bielas de beto com o eixo da viga utilizado naverificao ao esforo transverso da viga, e a inclinao das armadurastransversais com a horizontal. Nas vigas com dente (Figura 19 (b)) odimensionamento das armaduras pode ser efectuado com um dos modelosapresentados nas Figuras 20 a 23.

Figura 19 - Pormenores tipo nas extremidades de vigas: a) laos como reforo nazona do apoio; b) laos em vigas com dente; c) rotura em pormenor errado ou

excesso de recobrimento; d) rotura por falta de amarrao da armadura.

No modelo da Figura 20 as armaduras correspondentes aos tirantes podem serquantificadas com as seguintes foras:

T1=V x1/z1+ H (12)

onde z10.8d1

NO(a)

(a)

NO(a)

(a)


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T2= T3z2/x2 (13)

T3= (T1z1 + V x2)/ z (14)

e T4= V (15)

Figura 20 - Modelo para viga indentada com armadura de suspenso vertical |8|.

No modelo da Figura 21 as expresses para o clculo da tirante so asseguintes:

T1=V x1/z1+ H (15)

T2= V + T1z1z2/zx2 (16)

e T3= T2x2/z2 (17)

Figura 21 - Modelo para viga indentada alternativo ao anterior |9|.

O modelo da Figura 22 pressupe a utilizao de vares inclinados, transferindoas foras verticais para o apoio de forma mais directa. sem dvida o modelomais econmico mas incapaz de resistir a foras horizontais, pelo que no deveser utilizado da forma representada na figura. As foras nos tirantes destemodelo so:


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T2i= V/sen (18)

T3= V (cotg + cotg ) (19)

Figura 22 - Modelo para viga indentada com armadura inclinada.

Se os esforos forem elevados, pode-se recorrer ao modelo da Figura 23, queresulta da sobreposio dos modelos anteriores.

Figura 23 Modelo misto para viga indentada |9|.

4.2 Ligao com transmisso de momentos.As ligaes viga-pilar tm de ser projectadas para duas situaes distintas: nabase de montagem a ligao deve garantir a segurana da estrutura, em geralsem transmisso de momentos flectores, mas com resistncia e rigidez aosmomentos torsores para garantir a estabilidade durante a montagem daspr-lajes s pranchas alveoladas e durante a betonagem do betocomplementar.

A ligao nesta fase deve permitir uma montagem rpida, por forma a reduzir oscustos dos meios de suspenso, e ser pouco sensvel a erros deposicionamento dos pilares, dos apoios ou dos ferrolhos de ligao.


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Para garantir a rigidez e resistncia toro os apoios devem ser largos e serefectuada uma ligao com ferrolhos verticais, chumbados no apoio, queatravessa a viga e so aparafusados a esta no seu topo com auxlio de umachapa metlica (ver Figura 15).

Em resumo, as ligaes de continuidade devem ser projectadas para as acesna fase construtiva com os mesmos critrios que as ligaes sem continuidadede momentos. Os apoios referidos em 4.1.1 so em geral executados em seco,isto , o beto da viga fica em contacto directo com o beto do pilar.

Se a estrutura se localizar numa zona em que a aco ssmica seja relevante, eesta condicionar o dimensionamento da ligao, a ligao deve serdimensionada segundo um dos trs seguintes critrios, referidos na seco 2.2.:sistema emulativo, ligao sobredimensionada, ou sistema dissipativo.

Existem basicamente dois tipos de ligao viga-pilar com continuidade: a ligaohmida, que executada com a betonagem em obra do n; e as ligaes

secas, em que, a haver betonagem em obra, ela se resume camada de betocomplementar da laje e do banzo superior, onde se situam as armadurassuperiores da viga.

As ligaes hmidas podem ser executadas fabricando a viga com asarmaduras nos extremos salientes, sendo em obra introduzidas dentro dos ns,deixados tambm por betonar nos pilares. Uma vez montada a viga, e colocadauma cofragem, os ns so betonados. Os pilares podem ser fabricados emtroos correspondentes aos pisos ou serem executados por inteiro, sendorigidificados na zona dos ns com perfis metlicos colocados no seu interiorpara efeitos de transporte e de montagem.

Um outro sistema de ligao hmida consiste em fabricar a extremidade da vigapr-fabricada como uma cofragem de beto, em forma de U, a qual armada ebetonada em obra.

Estes sistemas tm um comportamento aos sismos semelhante ao dasestruturas monolticas, pelo que se podem considerar sistemas dissipativos seas armaduras forem dimensionadas para esse objectivo. No entanto, o facto deexistirem juntas de betonagem nos ns dos pilares, alis semelhana do queacontece nas estruturas moldadas em obra, pode colocar algumas reservas emrelao ao critrio do capacity design (pilar forte-viga fraca) se estas juntas noforem eficientemente executadas. As ligaes hmidas tm a desvantagem deterem finalizao complexa, com vrias operaes morosas e por vezes

delicadas.

Nas ligaes secas podemos distinguir dois tipos: ligaes em pilares interiores,em que a transferncia dos momentos se faz no s das vigas para o pilar, masprincipalmente de viga para a viga do vo seguinte; e as ligaes em pilaresextremos, onde a transferncia dos momentos efectuada totalmente entre aviga e o pilar.

As ligaes viga-pilar podem ser efectuadas por soldadura em obra dasarmaduras da viga s armaduras do pilar, com o auxlio de chapas ou de perfismetlicos. Estas soldaduras devem ser executadas com um controlo dequalidade rigoroso, caso contrrio posta em causa a sua funcionalidade. Os

elementos metlicos devem ser devidamente protegidos contra a corroso, de


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forma que dispense a sua manuteno, nomeadamente, envolvendo as peasmetlicas com argamassa ou beto.

Figura 24 Emenda mecnica de vares.

A ligao seca tambm pode ser efectuada com emendas mecnicas dosvares de ligao da viga ao pilar |9|, em que os vares so roscados naextremidade e so ligados com porcas, como se mostra na Figura 24. Este tipode ligao eficiente desde que o sistema de emenda esteja devidamentetestado e certificado, e a operao de enroscamento em obra seja efectuadacom controlo de qualidade. Existem dois tipos de sistema de emendasmecnicas: um em que so utilizados vares correntes, em cujas extremidadesso executadas as roscas (cnicas ou cilndricas); e um outro, comercializadopela Dywidag, pela VSL e pela Macalloy, em que as nervuras dos varesconstituem a rosca.

No caso de pilares interiores, a continuidade das armaduras superiores de vopara vo, pode ser conseguida tambm por atravessamento do pilar em furospreviamente executados em fbrica. Estes furos devem ser posteriormenteinjectados com calda de cimento no retrctil para garantir a aderncia dosvares ao beto do pilar.

Nas ligaes secas , em geral, necessrio efectuar em obra a betonagem dacamada de beto complementar, onde tambm se situam as armadurassuperiores da viga. Havendo necessidade, por razes de montagem, de deixarum intervalo entre a face extrema da viga e a face lateral do pilar, esta juntadeve ser posteriormente injectada com calda ou argamassa no retrctil.

Quando as ligaes so projectadas para funcionarem sob a aco dos sismos,deve ser dada continuidade no s s armaduras superiores mas tambm sarmaduras inferiores, mesmo que, do clculo no seja previsvel a inverso dosmomentos flectores no apoio. Este facto constitui mais uma dificuldade naexecuo das ligaes secas, porque, enquanto que as armaduras superioresda viga podem ser colocadas em obra, sendo betonadas posteriormente nacamada de beto complementar, as armaduras inferiores so betonadas emfbrica.

As ligaes viga-pilar devero preferencialmente ser do tipo dissipativo para aaco ssmica, carecendo de ensaios de laboratrio para ser classificadas como

tal. No entanto, certos tipos de ligao, devido fiabilidade do seu processo deexecuo e dos materiais que utilizam, merecem ser consideradas comodissipativas. Em Portugal foi j ensaiado no ICIST um tipo de ligao dissipativa|10|. Nesta ligao (Figura 26) a emenda das armaduras efectuada comrecurso a chapas metlicas soldadas s armaduras, tanto na face superior comona inferior da viga. As chapas metlicas so dimensionadas para dissipar aenergia fornecida pela aco ssmica, atravs da sua deformao plstica.


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Figura 26 Ligao dissipativa com chapas soldadas |10|.

Um outro sistema tambm j ensaiado, foi desenvolvido na Califrnia, EUA |11|pela Dywidag. Neste sistema a ligao das armaduras ao pilar efectuada poraparafusamento, estando embebidos no pilar conectores com capacidade dedeformao plstica (Figura 27).

Figura 27 - Sistema Dywidag |12|.

No ICIST est a ser estudada uma ligao com emendas mecnicas, em que asarmaduras superiores e inferiores so enroscadas em porcas deixadas na facelateral do pilar. As armaduras inferiores so tornadas aderentes viga apenasaps a operao de enroscamento no pilar, pelo que estas so introduzidas embainhas metlicas existentes na viga, que so posteriormente injectadas comcalda de cimento no retrctil. O sistema de emenda mecnica escolhido paraeste estudo o dos vares com nervuras em forma de rosca (Dywidag, VSL ouMacalloy).

Chapa metlica

Chapa metlica


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Figura 28 Ligao em estudo no ICIST.

5. CONCLUSES

A concepo das ligaes em estruturas pr-fabricadas tem como factoresfundamentais o seu comportamento s aces verticais e aos sismos, asimplicidade de fabrico e de execuo, a durabilidade e a facilidade e seguranana montagem. A imagem negativa que as estruturas pr-fabricadas possuem,devido ao seu comportamento s aces ssmicas, aos acidentes em fase demontagem e durabilidade das ligaes, deve ser combatida com cuidadoacrescido na concepo e pormenorizao das ligaes.

REFERNCIAS

|1| FIP: Planning and Design Handbook on Precast Building Structures,

Fdration Internacionale de la Prcontrainte, Londres, 1994.

|2| CEN: Eurocdigo 8: Projecto de Estruturas em Regies Ssmicas - Parte 1.1:Aces Ssmicas e Requisitos Gerais para Estruturas, Parte 1.2: Regras Geraispara Edifcios e Parte 1.3: Regras Especficas para Edifcios de DiferentesMateriais, Comit Europeu de Normalizao, ENV 1998-1-1, 2 e 3:1993.

|3| CEN: Eurocdigo 2: Projecto de Estruturas de Beto - Parte 1.3: EstruturasPr-fabricadas de Beto, Comit Europeu de Normalizao, ENV 1993-1-1:1994.

|4| CEN: Eurocdigo 2: Projecto de Estruturas de Beto - Parte 1: RegrasGerais e Regras para Edifcios, Comit Europeu de Normalizao, ENV 1992 -1: 1991.

|5| Silva, A.M.S.; Ligaes entre elementos pr-fabricados de beto;Dissertao de Mestrado, Instituto Superior Tcnico, Lisboa, 1998.

|6| Lcio, V. J. G.; Silva, A. M. S.: Design and detailing of footings for precastconcrete structures, The second International Symposium on Prefabrication,Helsnquia, 2000.

|7| CEN/TC250/SC2; First draftof the Eurocode 2: Design of concrete structures Part 1: General rules and rules for buildings, Dez. 1999.

emendas mecnicas

emendas mecnicas

armadurasuperior comcontinuidade

armadurainferior semcontinuidade

bainha para injectarcom calda

armadurainferior comcontinuidade


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|8| Schlaich, J; Shfer, K.: Design and detailing of structural concrete usingstrut-and-tie models, The structural Engineer - Vol. 69 n 6/19, 1991.

|9| Lcio, V. J. G.; Santiago, A.: Soluo pr-fabricada para um edifcio degrandes vos, Congresso de Beto Estrutural 96, Lisboa, 1996.

|10| Proena, J. M.: Comportamento ssmico de estruturas pr-fabricadas -Desenvolvimento de um sistema recticulado contnuo, Tese de Doutoramentoem Engenharia Civil, IST, Lisboa, 1996.

|11| Englekirk, R. E.: Development and testing of a ductile connector forassembling precast concrete beams and columns, PCI Journal, V 40 n 2, 1995.

|12| ICBO Evaluation Service, Inc.: Dywidag ductile connector, EvaluationReport ER-5118, California, 1998.

LISBOA, OUTUBRO DE 2000

LIGAÇÕES EM ESTRUTURAS PRÉ-FABRICADAS PARA EDIFÍCIOS - Válter Lúcio

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