Comportamento de chumbadores embutidos em concreto com fibras de aço para ligações viga-pilar de concreto pré-moldado

O presente trabalho trata do estudo do comportamento de chumbadores grauteados inseridos em concreto com fibras de aço em ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado. Este estudo é importante para se entender e poder quantificar a influência da rigidez deste componente no comportamento de ligações semirrígidas de estruturas de concreto pré-moldado. O objetivo do trabalho é estudar o mecanismo do chumbador no concreto com fibras de aço em ensaios específicos e avaliar também o comportamento de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando estas fibras no consolo e no dente da viga. Nesta pesquisa foi realizado um programa experimental no Laboratório de Estruturas da EESC, uma análise numérica com o emprego do software DIANA® e uma comparação com formulações analíticas existentes para o cálculo da força última destes componentes. Foram ensaiados nove modelos experimentais para avaliar especificamente o mecanismo resistente do chumbador, variando-se os diâmetros das barras, sua inclinação e a porcentagem de fibras de aço no concreto. Além destes modelos, foi realizado ensaio de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado para avaliar a rigidez da ligação com chumbador inserido em concreto com fibras de aço. Nos ensaios experimentais dos chumbadores observou-se que modelos com concreto com fibras de aço apresentam rigidez até 25% maior se comparado ao modelo com concreto convencional. Verificou-se que o graute utilizado para solidarizar os chumbadores exerce significativa influência na capacidade última do modelo, podendo diminuir em cerca de 30% a capacidade de carga. A ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando concreto com fibras de aço no consolo e no dente da viga se comportou de maneira satisfatória, não apresentando fissuração na interface dos diferentes concretos. Na comparação dos modelos ensaiados com as formulações teóricas extraídas de trabalhos de referência verificou-se que, para os modelos específicos de chumbador, a formulação existente é representativa. Para a ligação viga-pilar, alguns ajustes na formulação analítica se fizeram necessários para considerações de efeitos de grupo e de borda observados e decorrentes da utilização de dois chumbadores na ligação proposta neste trabalho.

Influência da resistência do betão leve e da taxa de armadura no comportamento da ligação viga-pilar

No dimensionamento de estruturas porticadas em betão armado normalmente a atenção que se dá às ligações viga-pilar não é proporcional à importância que têm no comportamento global da estrutura. Usualmente assume-se que estas ligações são rígidas e que os elementos estruturais têm um comportamento linear elástico. Contudo, ambas as generalizações são inadequadas, dado que, a ligação viga-pilar não é totalmente rígida e o efeito do comportamento das ligações viga-pilar sobre o comportamento global da estrutura também não é considerado. Nos últimos anos têm surgido trabalhos de investigação com o objetivo de clarificar e identificar os principais parâmetros de influência no comportamento das ligações viga-pilar de estruturas porticadas em betão armado, sob o efeito de ações monotónicas. A resistência do betão à compressão e a taxa de armadura são dois desses parâmetros que afetam o comportamento da ligação viga-pilar. No entanto, a informação relativa a este tipo de estudos mas considerando os elementos constituídos por betão com agregados leves é muito reduzida ou mesmo inexistente. Este documento tem por base a análise da influência da resistência à compressão do betão leve e da taxa de armadura de tração na ligação viga-pilar. Como tal, foi desenvolvido um programa experimental que contempla o ensaio de cinco peças, representativas da ligação viga-pilar, em que é imposta uma carga na extremidade da viga até provocar a rotura do nó. Para a produção das peças de ensaio foram usados betões com diferentes classes de resistência à compressão e diferentes taxas de armadura de tração, com o objetivo de se analisar a influência de cada um desses parâmetros através da comparação direta de resultados. Após análise dos dados recolhidos durante os ensaios foi possível observar que, a ligação viga-pilar não deve ser considerada como uma extensão das vigas e pilares adjacentes mas sim como elemento estrutural independente. A ligação deve ser analisada de forma detalhada, nomeadamente, a pormenorização das armaduras longitudinais e transversais, e o volume de betão nas zonas comprimidas. O dimensionamento incorreto do nó pode condicionar a segurança global da estrutura. Nas peças produzidas e ensaiadas com betões de menor resistência, o aumento da taxa de armadura não se refletiu num acréscimo da capacidade de carga, havendo portanto um subaproveitamento da capacidade resistente das armaduras. Todavia, quando se utilizou betões de maior resistência, o aumento da taxa de armadura já se refletiu num acréscimo da capacidade resistente da subestrutura.

Comportamento e reforço de nós viga-pilar

A presente dissertação tem como principal objetivo a análise do comportamento do nó viga-pilar, com a finalidade de dimensionar uma solução de reforço sísmico a aplicar em nós de estruturas antigas de betão armado. Uma parte considerável das construções em betão armado construídas em Portugal até 1970 são muito frágeis relativamente às ações sísmicas. Devido a este fato, os edifícios estão associados a uma conceção desajustada face à regulamentação atual pois à época não estava prevista a consideração de ações sísmicas na execução dos projetos de estruturas. Nesse período, era prática comum na construção o uso de armadura lisa conjugada com uma má pormenorização das armaduras e baixa resistência mecânica do betão. Tal levava a que as estruturas de betão armado construídas em Portugal até à década de setenta, possuírem uma baixa capacidade para resistir a solicitações cíclicas, como as induzidas pelos sismos. Os nós viga-pilar das estruturaras de betão armado são considerados as zonas mais crítica e vulnerável a ações sísmicas. Por isso é frequente em estruturas antigas, a necessidade de as reforçar, para melhorar a performance do edifício durante os sismos. Têm sido estudadas por investigadores várias técnicas e soluções para reforçar os nós viga-pilar de estruturas antigas de betão armado. Serão analisados nesta dissertação os danos observados em dois nós viga-pilar ensaiados experimentalmente, onde são simuladas as ações cíclicas horizontais dos sismos. Com base nestes dados, é proposta e detalhada uma solução de reforço para melhorar o comportamento histerético dessa ligações, de forma a conferir uma maior capacidade resistente e/ou ductilidade.

Desenvolvimento de um sistema de ligação viga-pilar em estrutura pré-fabricada com transmissão de momento fletor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Ramo de Estruturas e Geotecnia

Ligação viga - pilar de alto desempenho sísmico

Tese para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil, especialidade Estruturas

Análisis del comportamiento de uniones metálicas viga-soporte mediante modelo de elementos finitos y comparación de resultados con el modelo de nudos y barras

Para el proyecto y cálculo de estructuras metálicas, fundamentalmente pórticos y celosías de cubierta, la herramienta más comúnmente utilizada son los programas informáticos de nudos y barras. En estos programas se define la geometría y sección de las barras, cuyas características mecánicas son perfectamente conocidas, y sobre las cuales obtenemos unos resultados de cálculo concretos en cuanto a estados tensionales y de deformación. Sin embargo el otro componente del modelo, los nudos, presenta mucha mayor complejidad a la hora de establecer sus propiedades mecánicas, fundamentalmente su rigidez al giro, así como de obtener unos resultados de estados tensionales y de deformación en los mismos. Esta “ignorancia” sobre el comportamiento real de los nudos, se salva generalmente asimilando a los nudos del modelo la condición de rígidos o articulados. Si bien los programas de cálculo ofrecen la posibilidad de introducir nudos con una rigidez intermedia (nudos semirrígidos), la rigidez de cada nudo dependerá de la geometría real de la unión, lo cual, dada la gran variedad de geometrías de uniones que en cualquier proyecto se nos presentan, hace prácticamente inviable introducir los coeficientes correspondientes a cada nudo en los modelos de nudos y barras. Tanto el Eurocódigo como el CTE, establecen que cada unión tendrá asociada una curva momento-rotación característica, que deberá ser determinada por los proyectistas mediante herramientas de cálculo o procedimientos experimentales. No obstante, este es un planteamiento difícil de llevar a cabo para cada proyecto. La consecuencia de esto es, que en la práctica, se realizan extensas comprobaciones y justificaciones de cálculo para las barras de las estructuras, dejando en manos de la práctica común la solución y puesta en obra de las uniones, quedando sin justificar ni comprobar la seguridad y el comportamiento real de estas. Otro aspecto que conlleva la falta de caracterización de las uniones, es que desconocemos como afecta el comportamiento real de éstas en los estados tensionales y de deformación de las barras que acometen a ellas, dudas que con frecuencia nos asaltan, no sólo en la fase de proyecto, sino también a la hora de resolver los problemas de ejecución que inevitablemente se nos presentan en el desarrollo de las obras. El cálculo mediante el método de los elementos finitos, es una herramienta que nos permite introducir la geometría real de perfiles y uniones, y nos permite por tanto abordar el comportamiento real de las uniones, y que está condicionado por su geometría. Por ejemplo, un caso típico es el de la unión de una viga a una placa o a un soporte soldando sólo el alma. Es habitual asimilar esta unión a una articulación. Sin embargo, el modelo por elementos finitos nos ofrece su comportamiento real, que es intermedio entre articulado y empotrado, ya que se transmite un momento y el giro es menor que el del apoyo simple. No obstante, la aplicación del modelo de elementos finitos, introduciendo la geometría de todos los elementos estructurales de un entramado metálico, tampoco resulta en general viable desde un punto de vista práctico, dado que requiere invertir mucho tiempo en comparación con el aumento de precisión que obtenemos respecto a los programas de nudos y barras, mucho más rápidos en la fase de modelización de la estructura. En esta tesis se ha abordado, mediante la modelización por elementos finitos, la resolución de una serie de casos tipo representativos de las uniones más comúnmente ejecutadas en obras de edificación, como son las uniones viga-pilar, estableciendo el comportamiento de estas uniones en función de las variables que comúnmente se presentan, y que son: •Ejecución de uniones viga-pilar soldando solo por el alma (unión por el alma), o bien soldando la viga al pilar por todo su perímetro (unión total). •Disposición o no de rigidizadores en los pilares •Uso de pilares de sección 2UPN en cajón o de tipo HEB, que son los tipos de soporte utilizados en casi el 100% de los casos en edificación. Para establecer la influencia de estas variables en el comportamiento de las uniones, y su repercusión en las vigas, se ha realizado un análisis comparativo entre las variables de resultado de los casos estudiados:•Estados tensionales en vigas y uniones. •Momentos en extremo de vigas •Giros totales y relativos en nudos. •Flechas. Otro de los aspectos que nos permite analizar la casuística planteada, es la valoración, desde un punto de vista de costos de ejecución, de la realización de uniones por todo el perímetro frente a las uniones por el alma, o de la disposición o no de rigidizadores en las uniones por todo el perímetro. Los resultados a este respecto, son estrictamente desde un punto de vista económico, sin perjuicio de que la seguridad o las preferencias de los proyectistas aconsejen una solución determinada. Finalmente, un tercer aspecto que nos ha permitido abordar el estudio planteado, es la comparación de resultados que se obtienen por el método de los elementos finitos, más próximos a la realidad, ya que se tiene en cuenta los giros relativos en las uniones, frente a los resultados obtenidos con programas de nudos y barras. De esta forma, podemos seguir usando el modelo de nudos y barras, más versátil y rápido, pero conociendo cuáles son sus limitaciones, y en qué aspectos y en qué medida, debemos ponderar sus resultados. En el último apartado de la tesis se apuntan una serie de temas sobre los que sería interesante profundizar en posteriores estudios, mediante modelos de elementos finitos, con el objeto de conocer mejor el comportamiento de las uniones estructurales metálicas, en aspectos que no se pueden abordar con los programas de nudos y barras. For the project and calculation of steel structures, mainly building frames and cover lattices, the tool more commonly used are the node and bars model computer programs. In these programs we define the geometry and section of the bars, whose mechanical characteristics are perfectly known, and from which we obtain the all calculation results of stresses and displacements. Nevertheless, the other component of the model, the nodes, are much more difficulty for establishing their mechanical properties, mainly the rotation fixity coefficients, as well as the stresses and displacements. This "ignorance" about the real performance of the nodes, is commonly saved by assimilating to them the condition of fixed or articulated. Though the calculation programs offer the possibility to introducing nodes with an intermediate fixity (half-fixed nodes), the fixity of every node will depend on the real connection’s geometry, which, given the great variety of connections geometries that in a project exist, makes practically unviable to introduce the coefficients corresponding to every node in the models of nodes and bars. Both Eurocode and the CTE, establish that every connection will have a typical moment-rotation associated curve, which will have to be determined for the designers by calculation tools or experimental procedures. Nevertheless, this one is an exposition difficult to carry out for each project. The consequence of this, is that in the practice, in projects are extensive checking and calculation reports about the bars of the structures, trusting in hands of the common practice the solution and execution of the connections, resulting without justification and verification their safety and their real behaviour. Another aspect that carries the lack of the connections characterization, is that we don´t know how affects the connections real behaviour in the stresses and displacements of the bars that attack them, doubts that often assault us, not only in the project phase, but also at the moment of solving the execution problems that inevitably happen in the development of the construction works. The calculation by finite element model is a tool that allows us to introduce the real profiles and connections geometry, and allows us to know about the real behaviour of the connections, which is determined by their geometry. Typical example is a beam-plate or beam-support connection welding only by the web. It is usual to assimilate this connection to an articulation or simple support. Nevertheless, the finite element model determines its real performance, which is between articulated and fixed, since a moment is transmitted and the relative rotation is less than the articulation’s rotation. Nevertheless, the application of the finite element model, introducing the geometry of all the structural elements of a metallic structure, does not also turn out to be viable from a practical point of view, provided that it needs to invest a lot of time in comparison with the precision increase that we obtain opposite the node and bars programs, which are much more faster in the structure modelling phase. In this thesis it has been approached, by finite element modelling, the resolution of a representative type cases of the connections commonly used in works of building, since are the beam-support connections, establishing the performance of these connections depending on the variables that commonly are present, which are: •Execution of beam-support connections welding only the web, or welding the beam to the support for the whole perimeter. •Disposition of stiffeners in the supports •Use 2UPN in box section or HEB section, which are the support types used in almost 100% building cases. To establish the influence of these variables in the connections performance, and the repercussion in the beams, a comparative analyse has been made with the resulting variables of the studied cases: •Stresses states in beams and connections. •Bending moments in beam ends. •Total and relative rotations in nodes. •Deflections in beams. Another aspect that the study allows us to analyze, is the valuation, from a costs point of view, of the execution of connections for the whole perimeter opposite to the web connections, or the execution of stiffeners. The results of this analyse, are strictly from an economic point of view, without prejudice that the safety or the preferences of the designers advise a certain solution. Finally, the third aspect that the study has allowed us to approach, is the comparison of the results that are obtained by the finite element model, nearer to the real behaviour, since the relative rotations in the connections are known, opposite to the results obtained with nodes and bars programs. So that, we can use the nodes and bars models, more versatile and quick, but knowing which are its limitations, and in which aspects and measures, we must weight the results. In the last part of the tesis, are relationated some of the topics on which it would be interesting to approach in later studies, with finite elements models, in order to know better the behaviour of the structural steel connections, in aspects that cannot be approached by the nodes and bars programs.

Construção de obras de arte de pequeno e médio vão

O presente relatório de estágio, correspondente ao 2º Ciclo do Ensino Superior – Mestrado em Engenharia Civil, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, incide sobre a análise e acompanhamento da construção de obras de arte de pequeno e médio vão, numa empreitada realizada pela empresa OPWAY-Engenharia. Pretende-se ilustrar a grande especificidade deste tipo de obras, bem como as principais problemáticas que lhes estão associadas. O principal objectivo deste trabalho foi, através da abordagem destas questões, contribuir para a clarificação de determinados aspectos; de ordem construtiva, na óptica de esclarecer e entender através de uma observação directa, as obras de arte, o comportamento dos materiais e a situação estrutural. Os casos de estudo que serviram como base de trabalho para este relatório foram seis Obras de Arte integradas na empreitada da construção da auto-estrada A16, mais concretamente: PS4A, PI1A, PA6, PSCF, PS0A e PS0B. Cada uma destas obras tem um processo construtivo distinto. Destacam-se aqui, as Passagens Superiores que se intersectam no nó de alta velocidade sobre a CREL, a PS0A e PS0B. O relatório resulta da experiência adquirida através da análise ao nível do projecto, destas obras e suas alterações, mas sobretudo na vivência da sua execução, muito particularmente no que diz respeito à elaboração e acompanhamento dos respectivos planos de execução, entendendo os diferentes processos construtivos numa vertente operacional. Para a realização desse estudo, executou-se pesquisa bibliográfica de forma a obter um melhor conhecimento sobre o assunto. O presente trabalho teve como base o registo das soluções para elaboração dos processos construtivos de cada uma das obras.

Modelo de base físico para a consideração da influência da cabeça da ancoragem na capacidade de carga de lajes fungiformes reforçadas por introdução de novas armaduras

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Ramo de Estruturas e Geotecnia

Análise do comportamento dinâmico em pontes pedonais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas

Modelação tridimensional de estruturas sujeitas a sismos utilizando o OpenSees

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

Caracterização da aderência de varões nervurados sujeitos a ações repetidas e alternadas

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil, especialidade de Estruturas, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia. A presente dissertação foi preparada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil, no âmbito do protocolo existente entre a FCT e o LNEC.

Aderência de varões nervurados sujeitos a esforços de compressão

O presente trabalho surge na continuação do trabalho realizado pela autora Ana Sofia Louro na sua dissertação de Doutoramento. Após análise efetuada ao seu trabalho e pesquisa bibliográfica, é notória a necessidade de melhor se compreender os efeitos resultantes de esforços de compressão na aderência, para que se possa comparar com o verificado nas situações de tração, levando a uma melhor compreensão das diferentes variáveis e do seu papel nas diferentes situações. Para tal estudo, utilizaram-se os provetes remanescentes do trabalho da autora, e foi traçado um plano de ensaios que permitisse compreender os fenómenos da ligação. Os provetes visam simular uma ligação viga-pilar, na medida em que é um dos locais onde ocorrem maiores solicitações na ligação entre os dois materiais. Os provetes foram executados com betões C30/37 e C50/60, e os varões com aço do tipo A500NR SD com 16 e 25 mm de diâmetro, de modo a obter resultados representativos das construções em Portugal. Durante os ensaios ocorreram problemas de encurvadura nos provetes com betões de maior resistência. Ainda assim, quando analisados os resultados de compressão e comparados com os ensaios de tração, foi possível verificar e concluir que a resistência do betão continua a assumir o papel de maior importância na ligação uma vez que a variação da resistência do betão conduziu a diferenças mais relevantes nas restantes variáveis.

Propuesta de Configuración y de Método de Inspección de Uniones Mixtas Mediante Pernos Conectores

La utilización conjunta de los soportes de acero con los forjados de hormigón armado aúna las ventajas constructivas y arquitectónicas de ambos sistemas de ejecución. El principal inconveniente que se presenta es la complejidad de sus nudos. Las uniones estructurales viga-pilar mediante pernos tipo Nelson o Köco aparecen sólo ocasionalmente en el mundo de la edificación. Los casos en los que esto ocurre normalmente corresponden a obras de especial singularidad, a uniones secundarias o a anclajes de reducida responsabilidad estructural. La presente Tesis Doctoral tiene el objetivo principal de aportar una alternativa a las uniones convencionales entre losas o vigas de hormigón armado con pilares metálicos, utilizando para ello los pernos conectores. En este trabajo se establece un campo de aplicación concreto de las estructuras de edificación en el que la utilización de uniones mediante pernos conectores resulta óptima, dada la posibilidad de industrialización de estos nudos, su sencillez y la alta resistencia de los pernos en la transmisión del cortante. Se ha procedido al estudio teórico-analítico de la resistencia de estas uniones y a su posterior comparación experimental. Se presentan las diferencias obtenidas entre los resultados experimentales y los previstos por las formulaciones teóricas, debidas principalmente a las particularidades de las configuraciones de la unión y al efecto del rozamiento. El excelente comportamiento mecánico obtenido en los resultados experimentales induce a presagiar que la configuración de unión que se propone, junto con el método de cálculo aportado, puede llegar a sustituir a las soluciones convencionales utilizadas hasta el momento en las estructuras mixtas de edificación. Los pernos conectores aportan grandes ventajas al campo de la construcción aunque sus soldaduras, pese a la gran seguridad que las caracteriza, son difícilmente comprobables mediante ensayos no destructivos. Los ensayos destructivos no son en absoluto recomendables para las configuraciones de unión estudiadas en esta Tesis. Esto se debe principalmente al reducido número de pernos que configuran las uniones y a la gran responsabilidad que cada perno asume respecto a la seguridad global de la estructura. Los métodos convencionales de inspección presentan grandes dificultades e inconvenientes para comprobar las soldaduras de los pernos, por lo que se han investigado nuevas posibilidades de inspección y control. Esta Tesis plantea un método alternativo para la inspección de las soldaduras de los pernos conectores. El método desarrollado se basa en la acústica y consiste en el cálculo analítico de los modos propios de vibración del perno y su posterior comparación con las frecuencias naturales obtenidas a partir de una medición experimental. La investigación analítica comprende numerosas simulaciones por elementos finitos en las que se varían las condiciones de contorno para simular los defectos de soldadura. La investigación experimental consiste en la medición acústica de los pernos conectores y su posterior ensayo mediante métodos destructivos y no destructivos. Finalmente se han comparado los resultados analíticos con los obtenidos en el laboratorio y se ha obtenido una clara correlación entre las frecuencias calculadas y la calidad de las soldaduras. De este modo se puede averiguar el estado interno de una soldadura a partir de medición de su frecuencia natural de vibración. Se propone un método de inspección acústica que permite comprobar la calidad de las soldaduras de modo sencillo, económico y de fácil ejecución en obra. En conclusión, esta Tesis presenta una nueva configuración de unión mixta mediante pernos conectores y un completo método de calculo y comprobación. Finalmente se ha desarrollado un método no destructivo para la inspección de los pernos que permite garantizar la calidad de sus soldaduras en obra.

Modelos para cálculo de ligações pilarviga com chapa de extremidade em estruturas de aço

Neste trabalho, são apresentados e discutidos os procedimentos prescritos no Eurocódigo 3, Parte 1-8, para cálculo e dimensionamento de ligações pilar-viga com chapa de extremidade, em estruturas de aço. Em particular, é analisado o método das componentes, que permite determinar a resistência e rigidez rotacional de juntas metálicas, possibilitando a utilização de ligações semi-rígidas, que frequentemente resultam em ligações mais económicas. A metodologia descrita é aplicada em dois exemplos numéricos, tendo-se comparado os valores calculados com os resultados obtidos através de um programa de cálculo automático (Powerconnect) que também se baseia no método das componentes. As análises efetuadas permitem constatar que existem algumas vertentes do programa que podem ser melhoradas. Recorreu-se ainda a um programa de cálculo automático comercial (Sap2000) para comparar os esforços atuantes numa estrutura metálica com ligações rígidas e semi-rígidas, tendo-se concluído que existem diferenças significativas entre as distribuições de esforços obtidas para as duas situações.

Comportamento da ligação pilar-fundação em estruturas pré fabricadas com armaduras salientes do pilar: ensaios monotónicos e cíclicos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Ramo de Estruturas e Geotecnia pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa