Vários modelos hipotéticos de edifícios de concreto armado foram previamente analisados com o propósito de determinar as dimensões e as respectivas armaduras de vigas presentes nos mesmos, bem como os níveis de restrições axial e rotacional para as quais as vigas estavam submetidas como componentes desses edifícios. Subsequentemente, uma dessas vigas analisadas e algumas das rigidezes provenientes desses modelos foram escolhidas para representar as vigas de concreto armado ensaiadas e os níveis de restrição impostos a elas ao longo das análises experimentais, descritas na seção anterior. Esse método foi adotado a fim de que as vigas ensaiadas fossem representativas de elementos estruturais correntes, i.e., na condição de elementos constituintes de determinada edificação. Assim, as análises realizadas em laboratório seriam o mais próximas quanto possível da realidade.
Alguns fatores adicionais também determinaram os modelos de edifícios hipotéticos que foram analisados e, por conseguinte, a escolha das vigas que representaram as vigas ensaiadas e os níveis de restrição impostos. Em função das características do espaço disponível no LEME para a realização dos ensaios, por exemplo, as vigas de concreto deveriam ter uma distância entre apoios igual a 3 m. Tal valor era fixo, uma vez condicionado pelos furos que existiam no piso9. Além disso, as vigas auxiliares responsáveis pela simulação das rigidezes tanto rotacionais quanto axiais deviam atender a determinadas dimensões máximas, sobretudo no que se relacionava aos comprimentos de vãos, fator também condicionado pelo espaço disponível. Tal fato ditava os níveis das restrições que poderiam ser aplicados.
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Esses eram os furos que permitiam conduzir as barras lisas de aço que conectavam a viga de concreto armado ensaiada às vigas auxiliares para simulação de rigidezes rotacionais, dispostas no pavimento inferior do Laboratório.
O programa de computador CAD/TQS Estudante v.17.1.72 (TQS INFORMÁTICA, 2012) foi adotado para auxiliar na modelação e no dimensionamento dos elementos estruturais presentes nos edifícios hipotéticos analisados. Já os níveis de rigidez axial e rotacional atuantes em determinados trechos de vigas desses edifícios foram calculados com o auxílio do Ftool - 2D Frame Analysis Tool11 (MARTHA, 2002), admitindo como dados de entrada as
dimensões dos pilares e das vigas modelados via CAD/TQS®.
Para lançar os modelos de edifícios no CAD/TQS®, era necessário primeiramente realizar o pré-dimensionamento dos pilares, vigas e lajes que os compunham. A Figura 3.29 ilustra um dos casos estudados, sendo que as dimensões dos elementos estruturais indicadas nessa figura consistem nas dimensões finais, ou seja, que foram posteriormente verificadas e atenderam às prescrições tanto da norma europeia quanto da brasileira referentes ao projeto de estruturas de concreto armado (Eurocode 2 parte 1-1 (2004) e ABNT NBR 6118:2014 12, respectivamente). Para o caso da Figura 3.29 e todos os demais, admitiram-se sobrecargas representativas de escritórios13. A viga constituinte desses edifícios que foi adotada para representar as vigas ensaiadas nas análises experimentais está ilustrada na Figura 3.30.
Todas as vigas ensaiadas foram produzidas com comprimentos iguais a 4,2 e não 3 m – distância entre apoios das vigas nos ensaios e adotada como base de cálculo nos modelos computacionais – porque nas situações em que os impedimentos às deformações térmicas foram analisados era preciso que as peças fossem um pouco mais longas para que pudessem
10 O CAD/TQS® compreende um conjunto de ferramentas computacionais capazes de calcular, dimensionar, detalhar e desenhar estruturas de concreto armado com base nas prescrições das normas brasileiras ou a partir de outros critérios que podem ser designados pelo seu utilizador.
11 O Ftool consiste em um programa de computador que efetua análise linear de pórticos planos a partir dos métodos das forças e dos deslocamentos.
12 Essas normas foram adotadas como base para a concepção dos edifícios hipotéticos. Realizaram-se algumas comparações entre as prescrições de ambas, por exemplo, no que indicavam para os valores de sobrecargas e para os coeficientes de ponderação pertinentes à determinação dos valores de cálculo das forças aplicadas. As eventuais diferenças não se mostraram significativas no resultado final do dimensionamento das estruturas, de modo que as dimensões e as armaduras adotadas para as vigas ensaiadas, bem como os níveis de restrições impostos, são condizentes aos critérios de projeto europeus e brasileiros.
13 Informações adicionais sobre os carregamentos considerados para dimensionar os edifícios hipotéticos são apresentadas no Apêndice C.
ser encaixadas nos complementos, que por sua vez deveriam alcançar as extremidades das vigas de aço que simulavam as restrições axiais.
Figura 3.29 – Exemplo de um dos edifícios de concreto armado hipotéticos analisados para a determinação das vigas de ensaio e dos níveis de restrições impostos.
Figura 3.30 – Dimensões e armaduras das vigas adotadas nos ensaios da campanha experimental.
Uma vez que a campanha experimental desta Tese tinha como principal objetivo a comparação do comportamento ao fogo das vigas com diferentes esquemas estáticos, definiu- se que seria mais coerente analisar elementos com as mesmas dimensões e armaduras em todos os ensaios, i.e., que diferissem entre si apenas em relação aos tipos de restrição aos
quais seriam submetidos. No dimensionamento das vigas ensaiadas, estipularam-se cobrimentos de 2,5 cm, concreto com fck igual a 25 MPa e aço com fyk igual a 500 MPa. Tanto as armaduras negativas (superiores) quanto as positivas (inferiores) foram estendidas ao longo de todo o vão, a fim de representar a armadura característica de trechos de vigas contínuas. Os estribos com diâmetro igual a 6 mm foram adotados em substituição aos de 5 mm, mais empregados no Brasil, porém, não comercializados em Portugal (há apenas barras lisas com tal diâmetro).
Os dados de saída gerados pelo CAD/TQS® e utilizados para a análise das rigidezes foram as dimensões das vigas e dos pilares de concreto armado. Esses elementos foram inseridos no Ftool de forma a modelar os edifícios de escritórios estudados como pórticos bidimensionais. Nesses modelos, calcularam-se as rigidezes axiais e rotacionais impostas pela estrutura circundante a trechos de vigas presentes em diferentes pavimentos e vãos. As lajes não foram admitidas no cálculo dos níveis das rigidezes porque tal consideração conduziria, por exemplo, a níveis mais elevados de restrição axial, que não seriam viáveis às condições das análises em laboratório. Além disso, não seriam consideradas lajes sobre as vigas ensaiadas. Os níveis de restrição axial que foram adotados para simulação nos ensaios experimentais estão indicados nas Figuras 3.31 (a) e (b), sendo ambos representativos das vigas centrais do primeiro pavimento das estruturas. Como referido na seção anterior, esses valores foram iguais a 7 ou 14 kN/mm. As restrições rotacionais resultantes desses modelos circundados por um número maior de elementos estruturais eram muito elevadas para serem praticadas no sistema de ensaios. Assim, adotou-se como base para os experimentos o nível de restrição rotacional equivalente à viga de cobertura do modelo de pórtico indicado na Figura 3.31 (c), igual a 2500 kNm/rad. Portanto, os níveis de restrições adotados para os ensaios foram estimados a partir dos pórticos indicados nessas figuras, contudo, na prática, esses valores podem ser diferentes.
Ainda nessas ilustrações, indicam-se os procedimentos adotados para a determinação das rigidezes. Em cada um dos casos, retirou-se o trecho da viga sob análise, antes admitida no modelo como um elemento de barra com determinada seção transversal. Para o cálculo da
rigidez axial, a barra retirada foi admitida como duas forças concentradas (F) a serem aplicadas nos nós desse trecho e a produzirem deslocamentos horizontais (dx), cujos resultados são fornecidos pelo programa, vide Figuras 3.31 (a) e (b). A partir de tais valores, calculou-se a rigidez axial (ka) atuante nessa viga. De forma análoga, aplicaram-se nas extremidades da barra retirada momentos fletores (M) para que fossem produzidas rotações nos nós (α), tal como exposto na Figura 3.31 (c). A partir desses resultados, definiram-se as rigidezes rotacionais (kr). Esse método de cálculo também foi adotado na pesquisa de Cvetkovska; Todorov e Lazarov (2013), abordada no capítulo sobre o estado da arte.
Figura 3.31 – Modelos de pórticos bidimensionais representativos (a e b) das rigidezes axiais e (c) rotacionais utilizadas como base para serem reproduzidas nos ensaios em Laboratório.
(a)
(b)