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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Primeiro orientador
Membros da banca
Ana Lydia Reis de Castro e Silva
João Paulo Correia Rodrigues
Arlene Maria Cunha Sarmanho
Eduardo de Morais Barreto Campello
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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