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Apesar do grande número de pesquisas em treliças encontradas nas literaturas nacional e internacional, poucas possuem relação direta com os objetivos desta tese. Assim, na revisão bibliográfica, optou-se por apresentar alguns estudos atuais sobre treliças e enfatizar as pesquisas que envolvem perfis tubulares com extremidades achatadas, que são inerentes à construção metálica brasileira.

Os sistemas de ligação mais utilizados no Brasil apresentam baixo custo e facilidade de fabricação e montagem, mas apresentam problemas estruturais como o colapso da ligação e inadequação das hipótese de cálculo estrutural, que não representam o comportamento real da estrutura.

Neste trabalho foi realizado um estudo por meio de métodos numéricos, experimentais e teóricos do comportamento de treliça tubular plana com ênfase em uma nova tipologia de achatamento para as diagonais que compõem a estrutura. O sistema de ligação utiliza chapa de topo soldada ao banzo, na qual as diagonais são unidas por meio de um único parafuso.

A análise numérica via elementos finitos foi desenvolvida em duas etapas por meio do software ANSYS, com a geração de um arquivo em linguagem APDL, que permite a elaboração de um arquivo de entrada similar a um algoritmo de programação, onde são

179 especificados parâmetros como a geometria, definição dos materiais, tipo de elemento, condições de contorno, carregamentos e demais características da ligação.

Inicialmente foi realizado um estudo numérico do nó de ligação considerando-se as características essenciais como variação do momento de inércia das extremidades achatadas das barras, excentricidades, não linearidade física, não linearidade geométrica e efeitos de contato entre as superfícies envolvidas. Os resultados preliminares do nó direcionaram a modelagem da treliça plana, que por sua vez, norteou a definição da geometria do protótipo experimental e direcionou as análises experimentais indicando por exemplo, pontos de instrumentação e níveis de carregamento.

Uma vez escolhida a geometria dos protótipos, foi definido o programa experimental, composto pelos ensaios de dois protótipos de treliça planos idênticos. A fabricação e a montagem dos protótipos experimentais, a metodologia de ensaio empregada e a instrumentação utilizada se apresentaram eficientes para o estudo do comportamento estrutural da treliça.

Nos dois ensaios experimentais, verificou-se que o escoamento ocorreu primeiro nos extensômetros localizados nas extremidades das diagonais tracionadas mais solicitadas. Com a continuidade dos ensaios, um segundo modo de falha pôde ser observado, caracterizado pelo início do escoamento dos extensômetros localizados na metade do comprimento longitudinal das diagonais comprimidas, na região de compressão, ocasionado pela deflexão de flambagem da diagonal comprimida. Em seguida atingiu-se o início do escoamento nas extremidades das diagonais comprimidas. Os ensaios foram concluídos quando a deflexão das diagonais comprimidas levaram a perda de capacidade de carga da estrutura.

Uma parcela dos deslocamentos verticais experimentais observados pode ser atribuída às folgas existentes entre os furos nas chapas de ligação e as extremidades achatadas enrijecidas das diagonais, bem como com o diâmetro dos parafusos. Essas folgas ocasionaram acomodações nas estruturas durante a realização dos dois ensaios devido a deslizamentos relativos que provocaram maiores deslocamentos com pequenos acréscimos de carregamento.

180 Em algumas etapas dos ensaios verificou-se uma restrição ao deslocamento vertical da treliça provocado pelas contenções laterais. Essas contenções foram ajustadas para permitir a livre movimentação da estrutura. Observou-se que o movimento brusco de acomodação nestes instantes influenciou a resposta dos deslocamentos verticais experimentais.

Vale observar que estudos anteriores que evolveram barras com extremidades achatadas, de uma maneira geral, evidenciaram a falha estrutural em função da fragilidade das extremidades achatadas na região da ligação, precipitando a falha estrutural. Ao contrário do esperado, o achatamento enrijecido e sua utilização na treliça plana estudada eliminou a condição de falha na região da ligação e induziu a falha por compressão nas diagonais.

Conforme previsto no dimensionamento, não houve falha dos parafusos, das chapas de ligação e dos perfis tubulares dos banzos inferior e superior em nenhum dos dois ensaios realizados.

A carga máxima na análise numérica apresentou boa correlação com os resultados das cargas máximas experimentais. O comportamento estrutural dos protótipos e os modos falha observados nos ensaios experimentais, assim como as deformações e os deslocamentos obtidos, foram bem representados pelo modelo numérico de elementos finitos, comprovando-se a sua eficiência e precisão na avaliação do comportamento estrutural da treliça plana.

Os resultados numéricos e experimentais demonstram que a treliça apresenta o modo de falha pela flambagem das diagonais comprimidas mais solicitadas. Nas duas análises, verificou-se que o escoamento ocorreu primeiro nos extensômetros localizados nas extremidades das diagonais tracionadas, mas ao longo do carregamento, as tensões se redistribuem, não sendo portanto, o estado de tensões, o fator crítico do colapso da estrutura. Com a continuidade de aplicação de carga, observa-se a flambagem das diagonais comprimidas, caracterizando-se a falha da estrutura.

181 Os resultados numéricos e experimentais foram então comparados a resultados teóricos, considerando o efeito da excentricidade da carga de compressão axial aplicada na diagonal por meio do emprego da fórmula da secante, e também por meio da expressão de interação conforme prescrição da NBR 8800 (2008) para barras submetidas aos efeitos combinados de força axial e momento fletor.

A similaridade dos resultados teórico e numérico destaca a correta consideração da condição fornecida pela norma brasileira ABNT NBR 8800 (2008) para barras submetidas aos efeitos combinados de força axial e momento fletor.

A boa correlação entre os resultados obtidos pelas análises teóricas, numérica e experimentais possibilitou uma adequação na formulação existente para avaliação da força axial de compressão resistente de cálculo das diagonais comprimidas, determinada segundo as normas brasileiras ABNT NBR 8800 (2008) e ABNT NBR 16239 (2013). Com a adequação proposta, que considera o efeito da carga excêntrica na diagonal por meio da fórmula da secante, observou-se uma redução de 60% da capacidade resistente à compressão da diagonal comprimida determinada segundo as formulações normativas existentes.

Apesar da redução da capacidade resistente deve-se tirar partido das vantagens oferecidas pelo sistema de ligação, que envolve diagonais tubulares com o achatamento enrijecido nas extremidades. A tipologia com achatamento nas extremidades simplifica a concepção estrutural de treliças planas e multiplanares, devido a redução de custos com fabricação e transporte e montagem prática e rápida.

Ressalta-se que os resultados obtidos constataram o comportamento estrutural da treliça plana com geometria e composição especificadas no presente trabalho, destacando-se as diagonais tubulares compostas pelos perfis com diâmetro externo de 38 mm e espessura de 3 mm, submetidas ao achatamento enrijecido proposto nas extremidades. Portanto, devem ser realizados estudos com diferentes perfis tubulares estruturais, além de diferentes geometrias para a treliça plana para avaliar o completo entendimento do comportamento das diagonais comprimidas do ponto de vista global.