Análise numérico-experimental de chumbador de base de pilar de aço submetido ao cisalhamento

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tese de doutorado

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Ana Lydia Reis de Castro e Silva
João Paulo Correia Rodrigues
Arlene Maria Cunha Sarmanho
Eduardo de Morais Barreto Campello

Resumo

A ligação da base de pilar é responsável por transferir as ações da superestrutura para a fundação e consiste, normalmente, de uma placa de base e barras de aço rosqueada ou chumbadores de ancoragem. Uma camada de graute é usada para preencher a folga de nivelamento entre a placa de base e o topo do bloco de concreto, geralmente composta por um material semi-fluido de base cimentícia com propriedades mecânicas específicas como alta resistência, retração desprezável, fragilidade, capacidade auto-adensante, etc. Materiais à base de epóxi podem ser usados como graute, sendo tais materiais mais eficientes em situações de impacto e cargas dinâmicas, ou quando uma cura rápida é necessária. Entretanto, sendo este material recentemente desenvolvido, sua adoção ainda ocorre empiricamente. Existem poucos estudos sobre o uso deste material como graute em ligações de base de pilar e, principalmente, sobre sua contribuição para a capacidade resistente ao cisalhamento devido à maior resistência deste material. Como as normas internacionais de estruturas de aço e compósitos não fornecem orientação de projeto para o uso deste material para tal aplicação, foi desenvolvido um programa experimental que permitisse avaliar o comportamento de bases de pilares típicas, com chumbadores de ancoragem de aço pré-instalados no bloco de concreto e camada de graute composta por materiais de base cimentícia e epóxi, sujeitos a forças monotônicas de cisalhamento. A partir dos resultados obtidos nas avaliações experimentais, foram desenvolvidas análises numéricas parametrizadas em elementos finitos, variando os principais parâmetros que influenciam na resistência última dos chumbadores. Diante da base de dados produzida, complementada pela comparação com procedimentos propostos por outros autores, foi proposto um ajuste no procedimento de cálculo proposto pela ABNT NBR 16239:2013 para a determinação da capacidade resistente do conjunto de chumbadores presentes na ligação da base de pilar submetidos à força cortante.

Abstract

The column base connection is responsible for transferring the superstructure actions to the foundation and consists, typically, of a base plate and threaded steel bars or anchor rods. A grout layer is used for filling the clearance between the base plate and the top of concrete block, usually composed of a fluid-based hydraulic cementitious material with specific mechanical properties as high strength, negligible shrinkage, brittleness and delayed curing. Epoxy-based materials may be used as a more efficient material on applications with impact and dynamic loads or when a quick cure is required but as it is a recently developed material, its adoption of occurs empirically. There are few studies about the use of this material in base column connections and mainly about its contribution to shear resistance due to the higher strength of this material. The international codes of steel and composite structures do not provide design guidance for the application of this material in base connections. Because of this lack of information, this work presents an experimental campaign about the behaviour of regular column bases, with a pre-installed steel anchor rod and grout layer composed of cement and epoxy materials, subject to monotonic shear forces. Based on the results obtained in the experimental evaluations, numerical analyses were developed in parameterized finite elements, varying the main parameters that could influence the ultimate resistance of the anchors. This developed numerical database was compared with procedures proposed by other authors and led to the proposition of an analytical design procedure to determine the resistance capacity of the set of anchors of the column base connection subjected to shear force.

Assunto

Engenharia de estruturas, Aço - Estruturas, Cisalhamento, Colunas, Concreto

Palavras-chave

Ligações de base de pilar de aço, Chumbadores submetidos ao cisalhamento, Graute epóxi, Graute cimentício

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