Modelação de Ligações Viga-Pilar na Análise de Estruturas Porticadas Planas de Betão Armado

摘要

Os modelos convencionais de análise de estruturas porticadas de betão armado assumem que(i) as ligações viga-pilar são rígidas ou (ii) o seu comportamento pode ser representado pormodelos vocacionados para simular o comportamento de elementos lineares. No primeirocaso despreza-se o efeito do comportamento das ligações viga-pilar sobre o comportamentoglobal da estrutura. No segundo caso as ligações viga-pilar são substituídas porprolongamentos dos elementos lineares adjacentes, o que reduz a complexidade do problemaoriginal. Existe uma convicção generalizada, ainda que não fundamentada, de que os errosassociados a estes modelos são admissíveis. No entanto, ambos os modelos sãodesadequados, na medida em que o primeiro obscurece o efeito do comportamento daligação, enquanto o segundo não contempla as diferenças de comportamento entre ligaçõesviga-pilar e elementos lineares.Foram desenvolvidos, por diversos investigadores, vários modelos mecânicos decomportamento para ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado que podemser classificados em dois grupos: (i) modelos rigorosos, especialmente para o caso das acçõescíclicas e (ii) modelos simplificados, habitualmente materializados por molas angulares nasextremidades das vigas. Os modelos do primeiro grupo são vocacionados para a simulaçãonumérica de ensaios experimentais de ligações viga-pilar isoladas e são desadequados parauma utilização corrente, na medida em que (i) são complexos, não permitindo a construção demodelos estruturais de forma célere, (ii) são computacionalmente exigentes e (iii) dependemde muitos parâmetros sem significado físico evidente. Os modelos do segundo grupo, apesarde poderem ser calibrados para situações específicas, (i) não conduzem a resultados aceitáveisnuma gama de configurações suficientemente grande para permitir a sua utilizaçãogeneralizada, (ii) não simulam adequadamente os modos de deformação dominantes nasligações e (iii) não é simples o relacionamento entre as grandezas estáticas e cinemáticasusadas para definir o seu comportamento e as grandezas estáticas e cinemáticashabitualmente consideradas mais relevantes para qualificar o comportamento das ligaçõesviga-pilar.O presente estudo pretende contribuir para a clarificação do comportamento quase-estáticomonotónico das ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado, para aidentificação dos seus efeitos e para a sua adequada modelação.O estudo é iniciado com a revisão bibliográfica, que estabelece o estado de conhecimentoactual sobre ligações viga-pilar em estruturas porticadas de betão armado, sobre o qual opresente estudo se alicerçou. Segue-se uma análise exploratória que visa avaliar, de formasimples e expedita, se é necessária a existência de modelos mecânicos consistentes paraligações viga-pilar em estruturas porticadas de betão armado, concluindo-se que, emdeterminadas situações, é.De modo a complementar este resultado, avaliou-se, com o auxílio do programa de elementosfinitos ATENA 3D, se o dimensionamento da armadura longitudinal das vigas e pilares com base nos esforços nas suas extremidades efectivas constitui um procedimento seguro. Osresultados desta análise reforçam a conclusão anterior, de que as ligações viga-pilar nãodevem ser consideradas como um prolongamento das vigas e pilares adjacentes, mas simcomo elementos estruturais independentes.No seguimento destas conclusões, é desenvolvido um modelo de ligação viga-pilar baseado nométodo das componentes. Para tal, foram inicialmente identificadas as componentesrelevantes das ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado, compormenorizações de armadura correntes, e seguidamente, foram desenvolvidos, analisados evalidados modelos de comportamento para estas componentes.Com o modelo de ligação viga-pilar desenvolvido formulou-se um novo elemento, que foiadicionado ao programa de elementos finitos EvalS, vocacionado para análise de estruturasreticuladas planas, juntamente com um modelo seccional de fibras para elementos lineares,para o que foi necessário ter em consideração as especificidades do método das forças fictícias(MFF), o procedimento de análise materialmente não linear implementado no EvalS.Este programa foi seguidamente utilizado para avaliar o efeito do comportamento das ligaçõesviga-pilar (i) sobre a capacidade de carga e a deformabilidade lateral de estruturas porticadascorrentes e (ii) sobre os resultados da avaliação do desempenho sísmico de estruturasdimensionadas de acordo com as disposições actuais recorrendo a uma análise pushover.Concluiu-se que a não consideração do comportamento efectivo das ligações viga-pilar podeconduzir a resultados pouco rigorosos.Tendo em atenção estes resultados, foram estabelecidos procedimentos simplificados paraavaliar, de forma expedita, a relevância da deformabilidade das ligações viga-pilar emestruturas porticadas de betão armado e, desta forma, identificar em que condições éadequada a utilização dos modelos simplificados referidos acima.Por fim, avaliou-se, novamente com o auxílio do programa ATENA 3D, o impacto de diversosfactores na rigidez e na capacidade resistente das ligações viga-pilar, entre os quais, apormenorização da armadura, a configuração da ligação e o esforço axial nos pilares.