Painel Sanduíche com Núcleo em Vermiculita Expandida: Análise da ... · o emprego de conectores...

Painel Sanduíche com Núcleo em Vermiculita Expandida: Análise da

eficiência do conector tipo treliça Sandwich Panel with Expanded Vermiculite core: Analysis of the efficiency of truss

connector

Tenório, Helen Oliveira (1); Araújo, Daniel de Lima (2); Melo, Matilde Batista (3); Bittencourt, Reynaldo Machado(4)

(1) Mestre em Engenheira Civil, Universidade Federal de Goiás.

E-mail: [email protected]

(2) Professor Doutor da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás. E-mail: [email protected]

(3) Graduanda em Engenheira Civil, Universidade Federal de Goiás.

E-mail: [email protected]

(4) Engenheiro Civil, Furnas Centrais Elétricas. E-mail: [email protected]

Escola de Engenharia Civil, Universidade Federal de Goiás. Praça Universitária, s/n, Setor Universitário,

Goiânia – Goiás – 74605-220 Resumo

A utilização do concreto pré-moldado fornece agilidade, racionalização e economia no processo construtivo. Devido ao elevado peso das peças pré-moldadas, pesquisas são realizadas acerca de sistemas construtivos de baixo peso, caso típico dos painéis tipo sanduíche. Este trabalho tem como objetivo contribuir com o estudo das propriedades mecânicas de painéis tipo sanduíche em concreto pré-moldado, utilizando agregados leves como material isolante, neste caso a Vermiculita Expandida. É proposto também o emprego de conectores tipo treliça entre as placas, porém com uma configuração diferente da usual, ou seja, com ligação placa a núcleo. A partir dos ensaios foi analisado o grau de interação entre as placas e a influência do conector na resistência e na rigidez à flexão do painel. Observou-se que o conector forneceu uma composição total ao painel, mas não uma interação total. Palavras chaves: concreto pré-moldado, painel sanduíche, conector de cisalhamento, agregado leve.

Abstract The precast concrete provides agility, rational service and economy in building process. Due to the great self-weight of precast structures, researches have been carried out on lightweight building systems such as sandwich panels. This paper aims to contribute with the study of the mechanical properties of the precast concrete sandwich panels using lightweight aggregate as an isolating material, in this case the Expanded Vermiculite. It is suggested the use of the well known truss connectors between the faces in a non-usual configuration, that is, the face-to-core connection. The interaction degree between the faces and the influence of connector and core in the stiffness of the panels were analyzed. It was observed that the connector provides a full composite behavior, although did not provides a full interaction. Key words: precast concrete, sandwich panel, shear connector lightweight aggregate

1o. Encontro Nacional de Pesquisa-Projeto-Produção em Concreto pré-moldado. 1

1 Introdução O uso do concreto pré-moldado tem proporcionado uma maior industrialização da

construção civil, permitindo maior agilidade da construção e menor desperdício de materiais. Além disso, a procura por soluções para o déficit habitacional brasileiro tem aumentado o desenvolvimento de construções mais baratas e de alternativas que viabilizem o acesso à moradia. Entretanto, dificuldades na montagem, devido ao elevado peso dos componentes de concreto, levam ao uso de mecanização onerosa.

O uso de painéis tipo sanduíche em concreto pré-moldado além de econômico fornece vantagens estruturais. O emprego de núcleo isolante de menor densidade em painéis sanduíche torna essa tecnologia mais competitiva por reduzir o peso dos painéis, facilitando seu transporte e manuseio. Com este sistema de vedação obtêm-se isolamentos térmico e acústico, gerando conforto e economia em sistemas de refrigeração. Garantindo-se uma ligação rígida entre as placas do painel através de conectores, obtém-se interação total entre as placas, resultando em aumento no valor da inércia e, conseqüentemente, tornando estes painéis mais resistentes que painéis maciços de mesma dimensão. 2 Caracterização de painéis tipo sanduíche

Uma contribuição ao estado da arte de painéis sanduíche em concreto pré-moldado realizada por Einea et al. (1991) mostra que este sistema de painéis possui eficiência estrutural e capacidade de isolamento térmico e acústico superior a de outros painéis. Estes painéis são compostos por duas placas de concreto separadas por uma camada de material isolante. Quanto ao comportamento mecânico, eles são classificados de acordo com o grau de composição em:

Painéis totalmente compostos: neste caso as duas placas de concreto resistem à flexão. A seção transversal é única devido à resistência ao cisalhamento entre as placas proporcionada por conectores.

Painéis parcialmente compostos ou semicompostos: neste caso os conectores resistem a uma parcela dos esforços de cisalhamento entre as placas, não resultando, por conseguinte, em uma seção transversal única. De acordo com Seeber (1997), os painéis podem ser considerados compostos durante as fases de manuseio e içamento e não-compostos quando sujeitos às cargas em serviço. Experiências indicam que existe aderência suficiente entre o isolante e as placas para transferir o cisalhamento entre as placas durante o manuseio, mas esta aderência diminui ao longo do tempo. Observa-se do diagrama de composição parcial da Figura 1 que neste caso surgem duas linhas neutras na seção transversal, sendo uma das placas predominantemente comprimida e a outra tracionada.

Painéis não-compostos: neste caso os conectores não são capazes de resistir ao cisalhamento entre as placas. Se as placas de concreto possuem mesma rigidez e são igualmente armadas, cada uma resiste a metade da solicitação. Pode ocorrer o caso em que apenas uma das placas fornece resistência estrutural, geralmente a de maior espessura.

O EUROCODE 4 (2001) apresenta dois conceitos diferenciando grau de conexão (ou composição) e grau de interação. Embora várias normas confundam os termos conexão e interação, deve-se ter claro que a interação está relacionada ao deslizamento relativo na interface, enquanto que a conexão está associada à capacidade de se atingir o momento máximo sem ruptura da ligação (DAVID, 2003). Portanto, segundo o EUROCODE 4 (2001) o diagrama de deformação da seção transversal da Figura 1 classificaria o painel quanto ao grau de interação e não quanto ao grau de composição. A Figura 1(a) representa um painel com grau de interação total, caracterizado pela presença de apenas uma linha neutra na seção transversal. A Figura 1(b) representa um painel com grau de


interação parcial e as Figuras 1(c) e 1(d) representam um painel sem nenhuma interação entre as placas. Nestes casos surgem duas linhas neutras na seção transversal. Dessa forma, o grau de interação será total quando não houver descontinuidade da linha neutra e parcial quando houver descontinuidade da linha neutra. Já o grau de composição, ou conexão, será total para painéis que atingirem a ruína por flexão sem ruptura na interface.

LNM

h

h

E E E E

LN

LNLN

LN

LN

+ + +

+ +

- - -

-

-

x> h/2 x= h/2

Figura 1 - Diagrama de Deformação da Seção Transversal de Painéis Sanduíche (EINEA et al, 1991).

O material de enchimento do painel sanduíche analisado neste trabalho é constituído

por uma argamassa com Vermiculita Expandida. Campos (2004) realizou estudos para obtenção de traços de argamassa com Vermiculita Expandida com o objetivo de otimizar a porcentagem de substituição, em volume, de areia por Vermiculita Expandida, visando obter uma argamassa leve com isolamento termo-acústico e boa resistência à compressão.

Quando aquecida a uma temperatura entre 650°C e 1000°C, a vermiculita expande em até 15 vezes o seu volume original por exfoliação das delgadas lâminas que a constituem, originando a Vermiculita Expandida. Após a expansão da vermiculita, esta obtém características físicas excepcionais de flutuação, isolamento acústico e térmico. Por se tratar de um agregado leve, a Vermiculita Expandida apresenta elevada porosidade e baixa massa específica aparente, que é uma característica comum dos isolantes térmicos. A massa específica de concretos com Vermiculita Expandida encontra-se entre 400 kg/m3 e 800 kg/m3 (ACI 213R, 1987).

Embora ocorra ganho na resistência térmica do painel, concretos com Vermiculita Expandida apresentam baixa resistência mecânica, em torno de 3 MPa. Por esta razão, a Vermiculita Expandida tem aplicações em vedações e não em peças estruturais.

Outro constituinte dos painéis sanduíches são os conectores, que podem resistir ou não ao cisalhamento. Eles podem ser classificados em rígidos e flexíveis.

Dentre os conectores rígidos, que resistem tanto ao cisalhamento vertical quanto ao cisalhamento horizontal na interface, destacam-se pequenas barras dobradas, placa perfurada expandida, camisa plana ancorada, treliça metálica, etc.

Os conectores flexíveis são usados em painéis não compostos para transferir esforços de tração e compressão devido à estocagem, transporte e cargas sísmicas de uma placa não estrutural para outra estrutural. Em painéis compostos esses conectores podem ser usados em conjunto com conectores rígidos se o espaçamento entre estes conectores é grande. Nesta categoria encontram-se os conectores metálicos, sendo os

(c) Não composto 2 paredes estruturais

(d) Não composto 1 parede estrutural

(a) Composição total

(b) Composição parcial


mais populares os pinos, podendo ser empregados também conectores plásticos. Neste caso, entretanto, deve-se ter cuidado em verificar a resistência ao fogo do painel.

3 Modelos Analíticos para avaliação da ruína de painéis tipo

sanduíche O momento fletor resistente de painéis tipo sanduíche pode ser obtido a partir da

teoria de flexão do concreto armado. São consideradas as hipóteses de linha neutra no núcleo ou na placa de concreto e a ruptura é admitida quando a deformação da seção transversal atinge algum dos domínios do concreto armado apresentados na NBR 6118 (ABNT, 2003). Admite-se que o material do núcleo não possui resistência mecânica, que não há deslizamento entre as placas e o núcleo, e que não há interferência dos conectores na resistência à flexão. Finalmente, admite-se que o painel é composto e que a seção transversal permanece plana após a deformação com apenas uma linha neutra.

A resistência do painel à força cortante pode ser avaliada a partir do modelo de analogia em treliça. A NBR 6118 (ABNT, 2003) apresenta dois modelos de cálculo para o dimensionamento de elementos lineares sujeitos à força cortante. Neste artigo optou-se pelo emprego do modelo I apresentado no item 17.4.2.2 desta norma. Para a verificação da compressão diagonal do concreto e para o cálculo da força cortante resistida por mecanismos complementares considerou-se a contribuição apenas do núcleo.

Os painéis tipo sanduíche podem ainda atingir a ruína pelo deslizamento na interface entre as faces e o núcleo. A resistência da interface pode ser avaliada segundo as recomendações da FIP (1982) e da NBR-9062 (ABNT, 2001) que fornecem indicações para a verificação da resistência ao cisalhamento na interface de elementos fletidos de concreto, simplesmente apoiados, no estado último. A verificação é feita comparando-se a tensão de cisalhamento solicitante (τd) com a resistência ao cisalhamento de cálculo da interface. A tensão solicitante de cálculo (ou tensão de referência) no estado limite último deve ser avaliada por:

dbV

int

dds =τ (1)

Para o dimensionamento de vigas compostas (situações de alta solicitação, ou seja, pequena largura de contato da interface), a resistência de cálculo da interface ao cisalhamento horizontal pode ser estimada por:

cktdcydsrd f,ff 310<β+ρβ=τ (2)

Essa expressão pode sofrer ainda modificações quando se considera a inclinação da armadura transversal em relação ao plano de cisalhamento, conforme equação (3).

( )α+αβρ+β=τ cossenff sytdcrd (3)

Sendo

0010,sbA

int

sw ≥=ρ (4)

ρ : taxa geométrica de armadura que atravessa a interface; Asw: área de armadura transversal à interface e totalmente ancorada nos elementos; s: espaçamento da armadura transversal; bint : largura ou comprimento transversal à interface; fyd : resistência de cálculo do aço (MPa); fck : resistência característica do concreto medida em corpos-de-prova cúbicos (MPa);


cktd ff 25,0= : resistência de cálculo do concreto à tração (MPa); βs e βc: coeficientes multiplicadores da resistência fornecida pela armadura e pela

superfície de contato, obtidos do Quadro 1.

Quadro 1 – Coeficientes βs e βc da FIP (1982). Categoria da superfície coeficiente 1 2

βs 0,60 0,90 βc 0,20* 0,40

*Para superfícies lisas é recomendado βc=0,10.

4 Programa experimental 4.1 Descrição dos modelos

Foram moldados dois painéis sanduíche com 2500 mm de comprimento, 550 mm de largura e 150 mm de espessura. Eles eram formados por duas placas de concreto com 40 mm de espessura, resultando em um núcleo com 70 mm de espessura. Um dos painéis não possuía conector ligando as placas, enquanto o outro painel possuía duas linhas de conectores ligando as placas ao núcleo. As dimensões em planta dos painéis foram determinadas em função das dimensões da laje de reação do laboratório onde os ensaios foram realizados. A espessura do painel foi determinada em função da altura da treliça eletrosoldada disponível no mercado local, cujo menor valor era de 80 mm. Admitindo esta treliça posicionada a um centímetro e meio da face externa de uma das placas e apoiada na face interna da placa oposta, resulta numa espessura total para o painel em torno de 150 mm, conforme Figura 2.

O núcleo de ambos os painéis foi preenchido com argamassa com 100 % de Vermiculita Expandida, sendo a variável analisada neste artigo a presença do conector. O primeiro painel possuía duas linhas de conector enquanto o segundo foi moldado sem nenhum conector. A Tabela 1 mostra a quantidade, por metro cúbico, de materiais utilizados nas dosagens dos painéis. As propriedades mecânicas dos materiais constituintes do painel são mostradas na Tabela 2.

550 mm

2500 mm

A

A`

PLANTA

80 mm40 mm

70 mm40 mm

1.50 m m

550 mm

150 mm

CORTE A

T1 T2 T3 T4

Figura 2 - Dimensão dos painéis ensaiados.


4.2 Instrumentação Quanto à instrumentação, foram utilizados dois extensômetros elétricos de resistência

colados no concreto na face comprimida do painel e quatro extensômetros elétricos de resistência colados na tela eletrosoldada no meio do vão do painel. Foram colados ainda seis extensômetros em cada uma das treliças como mostrado na Figura 3. Nas diagonais, os extensômetros foram fixados a quarenta centímetros do meio do vão, a partir do qual o esforço cortante é constante. Foram fixados extensômetros também nos banzos inferior e superior da treliça no meio do vão do painel.

No modelo sem conector foram adicionadas três barras de diâmetro de 6,3 mm em cada tela eletrosoldada. Este procedimento foi adotado para manter constante a taxa de armadura de flexão nos painéis quando foi retirado o conector, visto que os banzos das treliças contribuem para a resistência à flexão do painel (As = 2,35 cm2).

Foram medidos os deslocamentos verticais através de relógio comparador para se obter a flecha do painel. Na direção horizontal foram afixados quatro relógios comparador de cada lado do painel para medição de eventuais deslizamentos relativos entre as placas (Figura 4). Foram, também, posicionados relógios comparador junto aos apoios de modo a medir eventuais deslocamentos verticais do mesmo. Observou-se, entretanto, que não houve deslocamento do apoio em nenhum dos ensaios realizados.

4.3 Concretagem

A concretagem das placas dos painéis sanduíche realizou-se empregando mesa vibratória. As duas placas foram concretadas em uma mesma etapa. Ambas encontravam-se devidamente armadas com tela eletrosoldada de fios de 4,2 mm de diâmetro e malha de 100 mm x 100 mm e com os conectores, treliças de oitenta milímetros de altura, na posição conforme projeto (Figura 5).

Tabela 1 - Quantidade de material, por m³, utilizado na confecção dos painéis.

Material Placa de concreto armado

Argamassa para o núcleo com 100% de

Vermiculita Cimento CPII F 32 378,6 kg 418,8 kg

Areia Natural 807,3 kg - Vermiculita Expandida - 168,8 kg Brita – dmáx=12.5mm 944,0 kg -

Fumo de Sílica 24,0 kg - Aditivo

Superplastificante 0,925 kg -

Água 203,6 kg 507,5 kg Fator a/c 0,538 1,223

Treliça1

82.5 82.540 40

(a)

(b)

2,5

tela ø4,2mm #10cm

50

2,5

5 5

20

20

10

1

23

4

placa 1

122.5 122.5


Figura 3 – Posição dos extensômetros no conector tipo treliça (a) e na tela (b)

Figura 4 - Posição do relógio comparador para medição de deslizamento na interface.

Tabela 2 – Propriedades mecânicas dos componentes do painel.

Descrição das Propriedades Painel com conector (P-2L-PN-100)

Painel sem conector (P-SL-100)

fcm (MPa) 40,4± 0,7 - fctm (MPa) 3,4± 0,3 - PLACA

TRACIONADA Ec (GPa) 25,3± 0,7 - fcm (MPa) 40,2± 0,6 36,7± 0,9 fctm (MPa) 3,4± 0,3 3,8± 0,2 PLACA

COMPRIMIDA Ec (GPa) 24,2± 1,0 24,2± 4,7 fcm (MPa) 3,3± 0,2 2,7± 0,1 fctm (MPa) 0,6± 0,0 0,4± 0,1 NÚCLEO Ecm (GPa) 2,3± 0,2 3,7± 0,6

Banzo superior da treliça de 8 cm de altura ø – 6,3 mm.

785± 10,23

Banzo inferior da treliça de 8 cm de altura ø – 4,2 mm

684± 5,32

Fios da tela eletrosoldada ø – 4,2

mm

674± 12,96

Barras ø – 6,3 mm

fy(MPa)

1141± 24,70

A desforma ocorreu após três dias de cura, sendo lançada a argamassa com Vermiculita Expandida que constituiu o núcleo isolante do painel com 70 mm de espessura. Para esta segunda etapa da confecção dos painéis, as duas placas foram posicionadas verticalmente uma em frente a outra, ficando o painel com uma espessura final de 150 mm, sendo as placas umedecidas antes do preenchimento do núcleo. A concretagem foi realizada com ajuda de mesa vibratória. A Figura 6 mostra o painel pronto para a concretagem do núcleo.

Após concretado o núcleo, o painel foi mantido sob cura úmida até dois dias antes da data do ensaio, que se realizou, em média, 14 dias depois de concluído a confecção do painel. O carregamento foi aplicado de baixo para cima nos terços médios do painel, ao longo de sua largura, conforme o esquema de ensaio mostrado na Figura 7.

5 Análise dos Resultados

Neste item são descritos o modo de ruptura e a configuração das fissuras dos dois painéis ensaiados. São discutidas também as relações entre força e deformação e força e


deslocamento. Os resultados experimentais são comparados com os valores obtidos a partir dos modelos analíticos descritos no item 4. É apresentado um procedimento para se obter a linha neutra em painéis com interação parcial e, conseqüentemente, com descontinuidade na deformação da seção transversal.

Com relação ao modo de ruptura, observa-se que no painel com conector (P-2L-PN-100) a primeira fissura ocorreu a 34% da força de ruptura. A primeira fissura na interface e a fissura devido à força cortante surgiram com 96% da força de ruptura. Esta ocorreu por flexão e foi de 53,34 kN (Figura 8).

Figura 5 - Primeira etapa: concretagem das placas.

Figura 6 – Segunda etapa: concretagem do núcleo.

No modelo sem conector a primeira fissura, devido à flexão, ocorreu a 30% da força de ruptura. A primeira fissura na interface surgiu com 80% da força de ruptura que foi de apenas 30 kN (Figura 9). A ruptura foi caracterizada por força cortante ao longo da espessura do núcleo e pela perda de aderência na interface. A ruptura deste painel foi mais brusca que no modelo com conector.

Na figura 10 é mostrada a relação entre a força resistida pelo painel e as deformações do aço da tela eletrosoldada e do concreto comprimido. Observa-se do gráfico da Figura 10(a), que representa a deformação da tela tracionada, que os painéis apresentaram deformações semelhantes. A deformação última no painel com conector, entretanto, foi cerca de quatro vezes maior que no painel sem conector. O aço da tela neste último painel não sofreu grandes deformações porque antes de se atingir a


resistência máxima à flexão, o painel rompeu por cisalhamento. Quanto ao concreto, verifica-se comportamento semelhante ao observado no aço da tela eletrosoldada (Figura 10(b)).

Figura 7 - Esquema de ensaio à flexão.

Figura 8 – Configuração das fissuras no painel com conector.

Quanto à deformação das diagonais da treliça na região de cisalhamento, verificam-se pequenas deformações, na ordem de 625 µε, no momento da ruptura (Figura 11). Conclui-se, portanto, que elas pouco contribuíram na resistência do painel à força cortante, sendo a maior parte deste esforço resistido pela argamassa do núcleo.

Durante os ensaios dos painéis não foram observados deslocamentos horizontais relativos entre as placas através do relógio comparador, provavelmente porque o conector tipo treliça e a aderência do núcleo forneceram uma ligação não dúctil. Portanto, não foi possível a leitura de deslizamento entre as placas, porque com a ruptura da ligação o painel atingiu a força última.

A deformada da seção transversal a meio vão do painel com conector é mostrada na Figura 12. Observa-se desta figura que a seção não permanece plana até a ruptura do

Figura 9 – Configuração das fissuras no painel P-SL-100.


painel, apresentando um deslizamento relativo na interface para forças próximas à de ruptura. Isto caracteriza, portanto, uma interação parcial entre as placas. Apesar disto, este painel apresentou uma composição total, o que pode ser confirmado pelo fato da resistência à flexão teórica deste painel, calculada admitindo seção plana com uma única linha neutra, ser equivalente a 99% da resistência obtida no ensaio.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

T4 - Banzo superior Trel. 1 T6 - Banzo inferior Trel. 1 T12 - Banzo superior Trel. 2 T20 - Banzo superior Trel. 3 T28 - Banzo superior Trel. 4 T14 - Banzo inferior Trel. 2 Tela tracionada Tela comprimida

T14

T6 T12 T4

T28 T20

Carga x Deformação - tela eletrosoldada com banzos

Car

ga(k

N)

Deformação(µm)

(a)

-2000 -1750 -1500 -1250 -1000 -750 -500 -250 00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Força x Deformação - concreto

PSL100

P2LPN100

Forç

a (k

N)

Deformação (µε)

(b)

Figura 10 – Curva força versus deformação do aço da tela eletrosoldada com banzos (a) e do concreto(b) para os painéis estudados.

-250 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

lado direito lado esquerdo

T8

T2

Força x Deformação - diagonal extremidade treliça 1

T7T1

Forç

a (k

N)

Deformação(µε)

-250 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

lado direito lado esquerdo

T16

Força x Deformação - diagonal extremidade treliça 2

T15T9

Forç

a (k

N)

Deformação(µε)

COMPRIMIDO TRACIONADO

direitoesquerdo

Figura 11 – Deformação da diagonal do conector na região de cisalhamento no painel com conector.

Na Tabela 3 são mostradas a força última experimental e a força última de cada painel avaliada pelos modelos analíticos apresentados no item 3. O painel pode, teoricamente, romper por flexão, por força cortante ou por deslizamento entre a placa e o núcleo. Desta forma, a força última do painel é definida como a menor das três forças avaliadas para cada mecanismo de ruína. Observa-se desta tabela que teoricamente o painel com conector deveria romper por força cortante. Entretanto, este painel rompeu por flexão com uma força muito próxima da resistência à flexão teórica do painel. Apesar


disso, foi observada a formação de uma nítida fissura de cisalhamento no núcleo imediatamente antes da ruptura do painel.

0,0

1,5

3,0

4,5

6,0

7,5

9,0

10,5

12,0

13,5

15,0

-200

00

2000

4000

6000

8000

1000

0deformacao

altura

Figura 12 – Deformada da seção transversal a meio vão no painel com conector.

No caso do painel sem conector, teoricamente ele deveria romper também por força cortante. O que se observou, entretanto, foi uma ruptura combinada com o surgimento de uma fissura de cisalhamento no núcleo que ao se prolongar e atingir a interface provocou o deslizamento entre a placa e o núcleo. Sua força última foi de apenas 56% da resistência à flexão teórica do painel, caracterizando um painel com composição parcial.

Tabela 3 – Comparação entre as resistências teórica e experimental.

Modelo Resistência à força cortante

Resistência à flexão

Resistência da interface

Força última experimental

Teórico / Experimental*

Modo de ruptura

P-2L-PN-100 46,60 52,65 371,80 53,34 0,87 Flexão

P-SL-100 16,00 53,82 34,10 30,00 0,53 Cisalhamento *Relação entre a menor resistência teórica (flexão ou interface) e a força última obtida no ensaio

Os painéis apresentaram semelhante rigidez à flexão, mostrando que o conector não influencia na rigidez do painel (Figura 13). Para ambos os painéis foi determinada a curvatura da seção transversal no meio do vão a partir das deformações da tela tracionada e do concreto comprimido. Foi usada a analogia de Mohr para se obter a curva força versus deslocamento do painel no meio do vão a partir do conhecimento do diagrama momento-curvatura da seção transversal também no meio do vão. Este método consiste em aplicar a curvatura como carregamento sobre o painel, representando os estágios elástico-linear, do concreto fissurado e da plastificação do aço e concreto através das inclinações obtidas do gráfico momento-curvatura. Obtém-se, com esta representação, o momento no meio do vão que representa a flecha do painel para a respectiva força aplicada (Figura 14).

Observa-se boa aproximação entre esse procedimento e a curva experimental, conforme mostrado na Figura 15. Este resultado mostra que os painéis apresentaram alto grau de interação entre as placas, próximo de uma interação total. Isto porque a curvatura obtida através apenas da deformação do aço e do concreto representa uma seção transversal plana, o que é característico de um painel com interação total. Em outras palavras, o deslizamento na interface foi pequeno, uma vez que a rigidez do painel é bem representada admitindo a seção plana com apenas uma linha neutra. 6 Conclusões

As principais conclusões obtidas são: 1. A existência do conector atravessando a interface entre a placa e o núcleo

proporcionou um aumento significativo da resistência da interface, permitindo que a ruptura do painel ocorresse por flexão e não mais por deslizamento na interface. A


força de ruptura do painel com conector foi 78% maior que a força de ruptura do painel sem conector.

-5 0 5 10 15 20 25 30 35-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Força x Deslocamento

P2LPN100

PSL100Forç

a (k

N)

Deslocamento (mm)

Figura 13 – Curva força versus deslocamento dos painéis estudados.

Estagio I

Estagio II Estagio III 1/r

ø

M

IIIII

momento-curvatura

ØI ØII ØIII

Mcr

MyMu

I

My

Figura 14 – Representação da analogia de Mohr.

2. O conector foi capaz de fornecer composição total ao painel, entretanto, não forneceu interação total entre as placas. O painel com conector apresentou descontinuidade na linha neutra, ou seja, deslizamento na interface, próximo à ruptura. Entretanto, sua resistência à flexão pode ser avaliada com boa precisão admitindo seção plana com apenas uma única linha neutra.

3. O painel sem conector, que contava apenas com a aderência do núcleo com as placas de concreto para resistir ao cisalhamento horizontal na interface, apresentou ruptura por força cortante combinada com deslizamento na interface. Portanto, apenas a aderência entre a placa e o núcleo não foi capaz de fornecer composição total ao painel.

4. O modelo de analogia em treliça subestimou a resistência à força cortante do painel, uma vez que mesmo no painel sem conector a força de ruptura foi quase 100% maior que o valor teórico estimado pelo modelo analítico.

5. O procedimento da FIP (1982) mostrou-se adequado para avaliar a resistência da interface com núcleo em Vermiculita Expandida. No painel sem conector, que apresentou ruptura por deslizamento da interface, a força última avaliada por este procedimento foi apenas 14% superior à força última experimental.

Mcr – Momento de fissuração;

My – Momento de escoamento;

Mu – Momento último.


6. Constatou-se que a presença do conector não alterou a rigidez à flexão do painel. Esta, por sua vez, pode ser determinada a partir do conhecimento da curvatura da seção desprezando o deslizamento na interface.

0 5 10 15 20 25 30 350

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Mohr - (εs - εc)

Experimental


Forç

a(kN

)

Deslocamento (mm)

(a)

0 5 10 15 20 25 30 350

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Mohr - (εs - εc)Experimental


Forç

a (k

N)

Deslocamento (mm)

(b)

Figura 15 - Curva força versus deslocamento utilizando analogia de Mohr (a) painel com conector (b) painel sem conector.

7 Agradecimentos CNPq, Furnas Centrais Elétricas, Brasil Minérios, SecTec. 8 Referências American Concrete Institute ACI 213R-87: Guide for structural lightweight aggregate

concrete. ACI Manual of Concrete Practice, Part I: Materials and General Properties of Concrete. Detroit, Michigan, 1994.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-9062: Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-Moldado. Rio de Janeiro, 2001.

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CAMPOS, Helen Sinara. Traço para Painéis Pré-Moldado de Concreto com Vermiculita Expandida. 2004. 32f. Monografia (Iniciação científica em Engenharia Civil) – Escola de Engenharia Civil - UFG, Goiânia, 2004.

DAVID, D. L. Vigas Mistas com Laje Treliçada e Perfis Moldados a Frio: Análise do Comportamento Estrutural. 2003. 218f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Escola de Engenharia Civil, UFG-GO, 2003.

EINEA, Amin.; SALMON, David C.; FOGARASI, Gyula J.; CULP Todd D.; TADROS, Maher K. State-of-the-Art of Precast Concrete Sandwich Panels. PCI Journal, v. 36, n. 6, p. 78-98, November-December 1991.

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SEEBER, Kim. E. State-of-the-Art of Precast/Prestressed Sandwich Wall Panels. PCI Journal, v. 42 n. 2, p. 94-132, March-April 1997.

Painel Sanduíche com Núcleo em Vermiculita Expandida: Análise da ... · o emprego de conectores...

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