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1. Introdução
Com o desenvolvimento tecnológico, a análise numérica tem
avançado bastante no sentido de descrever o comportamento das
estruturas. Uma das ferramentas utilizadas, nesse caso, é o mé-
todo dos elementos finitos (MEF) associado à consideração de
modelos de ruptura para os materiais utilizados na composição
dos sistemas estruturais, principalmente nos sistemas estruturais
mistos. O programa DIANA é uma ferramenta de modelagem com-
putacional que utiliza esse método.
A análise numérica tem sido cada vez mais utilizada para estudar
o comportamento de estruturas com algum grau de não lineari-
dade, o que antes não era possível em virtude da ausência de
recursos computacionais. Também, estruturas de grande porte,
que antes só poderiam ser estudadas com o auxílio de modelos
em escala reduzida e miniaturas, os quais não representam exa-
tamente o comportamento real da estrutura original, haja vista a
existência do chamado efeito escala, agora podem ser analisadas
com as dimensões reais, bastando para isto os recursos compu-
tacionais necessários, que hoje em dia estão à disposição com
relativa facilidade.
Nesse contexto, a realização de modelagens numéricas como
forma de complementar a análise experimental, ou até mesmo
substituí-la, quando esta é inviável, tem se tornado cada vez mais
comum no meio acadêmico, opinião esta compartilhada por di-
versos autores como [1, 2], que ainda complementam incluindo
o fator custo, pois a substituição de modelos físicos por modelos
numéricos desonera o custo final da pesquisa.
Durante a revisão da literatura foram encontrados diversos traba-
lhos envolvendo pilares mistos e análise numérica. Em sua maio-
ria, as pesquisas envolvendo estruturas mistas provem de países
onde a incidência de terremotos é muito frequente em função do
seu bom comportamento nessas situações. Um exemplo é o tra-
balho de [3], realizado na Coreia do Sul, onde constam resultados
de análises paramétricas realizadas a partir de ensaios e simula-
ções numéricas de ligações envolvendo pilares mistos preenchi-
dos com concreto e diafragmas. Outra pesquisa considerada de
grande importância é a de [4] que propôs uma tipologia de ligação
parafusada para utilização com pilares preenchidos com seção
transversal circular. Nesse trabalho foi realizado um estudo pu-
ramente analítico, com a utilização de um modelo tridimensional
refinado que proporcionou uma compreensão mais detalhada e
precisa do comportamento global da ligação, incluindo o distribui-
ção de tensões nas superfícies de contato. No Brasil não existem
muitas pesquisas e informações técnicas a respeito de estruturas
mistas. Esse sistema construtivo foi introduzido no país por volta
da década de 1950, mas sua utilização não teve grande cresci-
mento devido sua cultura preferencial por estruturas de concreto
armado. Atualmente, os estudos sobre esse sistema construtivo
estão crescendo, como por exemplo, na Universidade Federal
de Minas Gerais, onde foram encontrados estudos de ligações
parafusadas entre viga-metálica e pilar misto de aço e concreto
totalmente revestido [5]. Na Escola de Engenharia de São Carlos
– USP uma linha de pesquisa sobre estruturas mistas vem sendo
desenvolvida a muitos anos, no qual podemos destacar os traba-
lhos de [6], que realizou um estudo teórico-experimental de pilares
preenchidos isolados submetidos à compressão axial e [7] que já
passou para a análise de ligações mistas.
O modelo de ligação viga-pilar estudado neste artigo envolve pilar
misto preenchido com concreto parafusado às vigas mistas por
meio de chapa de topo. A análise numérica envolve a variação
de alguns parâmetros estruturais no modelo computacional, cujo
modelo de referência foi calibrado com base em resultados expe-
rimentais. Foram variados o diâmetro dos parafusos, altura da laje
e seção transversal da viga, uma de cada vez, mantendo as outras
características iguais ao do modelo de referência.
Optou-se pelo estudo de uma ligação mista viga-pilar porque
a utilização de sistemas construtivos mistos amplia conside-
ravelmente as possíveis soluções em concreto armado e em
aço, o que possibilita a obtenção de benefícios arquitetônicos
e econômicos. Comparada às características da construção
em concreto armado, a construção em sistema misto de aço e
concreto é competitiva quando utilizada em estruturas de vãos
médios a elevados, caracterizando-se pela rapidez de execu-
ção e pela significativa redução do peso total da estrutura, o
que proporciona fundações mais econômicas. A proteção con-
tra o fogo é um fator que influencia a escolha entre as estrutu-
ras de concreto, mista e de aço, pois afeta consideravelmente
seu custo final.
Como nesse tipo de estrutura as ligações podem não ter a rigidez
característica de uma estrutura monolítica, o desempenho das li-
gações é de grande importância. Durante muito tempo, a análise
estrutural foi realizada considerando as ligações com comporta-
mento de nó rígido ou rotulado. Com a realização de pesquisas
e também com a prática, foi possível demonstrar a inadequação
de classificar as ligações somente como rígidas ou rotuladas. O
comportamento usual das ligações é, na verdade, intermediário
às duas situações idealizadas e, para definir este comportamento,
utiliza-se o termo “ligações semi-rígidas”.
2. Projeto da ligação
O pilar misto preenchido com concreto utilizado no modelo físico
da ligação apresentava seção transversal quadrada de dimensões
de 200x200 mm com as paredes do tubo metálico com espessura
de 8 mm, formados pela união de dois perfis “U”. As vigas metáli-
cas de seção transversal “I” possuíam 250 mm de altura e 100 mm
de largura, com as mesas de 7,5 mm de espessura e a alma com
6,3 mm. Todos os perfis eram constituídos por aço ASTM A-36.
A ligação foi dimensionada com oito parafusos passantes de
16 mm de diâmetro constituídos por aço SAE 1020 e chapa de ex-
tremidade de 22,2 mm de espessura formada por aço ASTM A-36.
O pilar possuía 1950 mm de altura e as vigas metálicas possuíam
1650 mm de comprimento.
Os conectores de cisalhamento utilizados para proporcionar a
ação conjunta da viga metálica com a laje tinham diâmetro de 19
mm, altura de 100 mm e resistência à ruptura de 415 MPa, de
acordo com informações do fabricante. Em cada viga foram sol-
dados seis conectores de cisalhamento espaçados de 210 mm
(Figura 1).
A largura da laje, do tipo com forma de aço incorporada, era
de 800 mm e 120 mm de altura com forma de aço metálica de
0,80 mm de espessura e altura de 59 mm. As formas de aço são
fornecidas com dimensões de 840 mm de largura por 2500 mm
de comprimento e de acordo com especificação do fabricante,
possuíam 9,14 kgf/m
2
. Foi utilizado cobrimento de 25 mm para
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IBRACON Structures and Materials Journal • 2012 • vol. 5 • nº 4
M. N. KATAOKA
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A. L. H. C. EL DEBS