Avaliação do comportamento à flexão de elementos de concreto pré-moldado envelopados com perfis formados a frio

Abstract

A indústria da construção civil no Brasil vem evoluindo ao longo do tempo e essa evolução vem acompanhada pela busca por novos sistemas construtivos, que sejam mais eficientes sob o ponto de vista econômico, mantendo-se a segurança e durabilidade das estruturas. Por estar ainda em fase de desenvolvimento, o país carece de soluções tecnológicas que permitam a construção industrializada, que acelerem o processo de construção. A utilização de estruturas pré-moldadas tem se destacado como processo eficaz na construção civil, oferecendo diversas vantagens que impactam positivamente o desempenho, a eficiência e sustentabilidade dos projetos. Este trabalho trata do estudo de uma tecnologia construtiva para a produção de elementos estruturais que associa o uso de concreto pré-moldado e aço estrutural. O objetivo principal é avaliar o comportamento estrutural de elementos de concreto pré-moldado envelopados submetidos à flexão. Um estudo experimental exploratório foi conduzido no Laboratório de Estruturas do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa. Foram ensaiados três modelos de vigas envelopadas, com 5,0 m de comprimento e três modelos de lajes envelopadas, com 3,60 m de comprimento, por meio dos quais foi possível desenvolver e calibrar modelos de elementos finitos utilizando-se o programa computacional ABAQUS. A partir do comportamento observado nos ensaios experimentais e nas simulações numéricas, foram desenvolvidos modelos analíticos para a determinação do momento fletor resistente de cálculo dos elementos de vigas e de lajes envelopadas. Concluiu-se que ambos os elementos falharam, na maioria dos casos estudados, por deformação plástica excessiva do aço do perfil formado a frio tracionado e da armadura positiva. Em ambos os modelos, o perfil de aço formado a frio contribuiu com uma parcela significativa da resistência última, gerando um aumento de aproximadamente 60% na capacidade das vigas e de cerca de 30% na capacidade das lajes. Nos modelos de lajes envelopadas, a utilização da tela soldada como armadura positiva gerou um acréscimo de 49% na capacidade resistente, devido à elevada aderência ao concreto, proporcionada pelas juntas soldadas, que reduz a fissuração dos elementos. Por último, este trabalho evidenciou que a conexão entre perfil de aço e concreto, provocada pela soldagem da tela, ativa o comportamento misto entre aço e concreto em vigas e lajes de concreto pré-moldado envelopadas. Palavras-chave: Concreto pré-moldado; Vigas envelopadas; Lajes envelopadas; Estruturas mistas; Perfil de aço formado a frio; Telas soldadas; Simulação numérica.

The construction industry in Brazil has been evolving over time and this evolution has been accompanied by the search for new construction systems that are more efficient from an economic point of view, while maintaining the safety and durability of the structures. The use of precast structures has been highlighted as an effective process in civil construction, offering several advantages that have a positive impact on the performance, efficiency and sustainability of projects. The main objective of this study is to evaluate the structural flexural behavior of framed precast concrete members. An exploratory experimental study was conducted at the Structures Laboratory of the Civil Engineering Department of the Federal University of Viçosa. Three framed beam models with a span of 5.0 m and three framed slab models with a span of 3.60 m were tested and finite element models were developed and calibrated using the software ABAQUS. Based on the behavior observed in the experimental tests and numerical simulations, analytical models were developed to determine the design bending moment resistance of the beam and framed slab elements. It was concluded that both elements failed, in most of the cases studied, due to excessive plastic deformation of the steel in the cold-formed profile and the positive reinforcement. In both models, the cold-formed steel profile contributed a significant portion of the ultimate strength, generating an increase of approximately 60% in the capacity of the beams and around 30% in the capacity of the slabs. In the enveloped slab models, the use of welded mesh as positive reinforcement generated an increase of 49% in the resistant capacity, due to the high adherence to the concrete provided by the welded joints, which reduces the cracking of the elements. Finally, this study showed that the connection between the steel profile and the concrete, caused by the welding of the mesh, activates the composite behavior between steel and concrete in precast concrete beams and slabs with envelopes Keywords: Precast concrete; Framed precast beams; Framed precast slabs; Cold-formed steel profiles; Composite structures; Welded wire mesh; Numerical analysis.