Pilares encastrados com o RF-/JOINTS Steel - Column Base

Artigo técnico

Uma análise estrutural não se resume apenas à determinação e ao dimensionamento dos esforços internos e das deformações. Ela também assegura que as forças e momentos numa estrutura são gerados de forma fiável e transferidos para  as fundações. A Dlubal Software oferece uma vasta gama de produtos para a análise estrutural e dimensionamento de ligações de aço e madeira. O módulo adicional RF-/JOINTS Stell – Column Base permite dimensionar a base inferior de pilares encastrados e articulados. O dimensionamento pode ser realizado para bases de pilares planas com ou sem reforços.

Este artigo apresenta um exemplo de dimensionamento de secção de um conjunto de pilares com uma fundação de encaixa em betão. Este exemplo também é descrito em [1].

Sistema

O pilar é constituído por uma secção HEB 280 em aço S 235 JR.

Figura 01 - Sistema e carregamento de acordo com [1] Parâmetros de geometria da base do pilar estão definidos na janela 1.4 do RF-/JOINTS em concordância com [1].  A profundidade de restrição selecionada é de 65 cm.

Figura 02 - Janela 1.4 Base do pilar no RF-/JOINTS

Os parâmetros da laje de base são definidos na janela 1.5.

Figura 03 - Janela 1.5 Pilar no RF-/JOINTS

Esforços internos

Estão disponíveis os seguintes esforços internos de cálculo.
NEd = 396,0 kN
VEd = 21,5 kN
MEd = -118,0 kN

Dimensionamento da profundidade de encaixe necessária

O valor principal é a profundidade de restrição mínima baseada na resistência do betão

Figura 04 - Janela 3.1 Dimensionamento - resumo inclusive os detalhes da profundidade do encaixe necessária

É necessária a profundidade de encaixe mínima de 54,86 cm. Tal é garantido pela profundidade selecionada de 65 cm.

Dimensionamento da resistência da secção do pilar

A distribuição de forças e momentos no pilar correspondem à seguinte distribuição de acordo com [1].

Figura 05 - Distribuição de forças e momentos em base de pilar de acordo com [1] A tensão axial proveniente do momento máximo é calculada da seguinte forma:
$$ \sigma_{Ed}\;=\;\frac NA\;+\;\frac{max\;M_{e,d}}{W_y}\;=\;\frac{396.0}{131.0}\;+\;\frac{11,818.7}{1,380.0}\;=\;11.6\;kN/cm²$$

Para a tensão de corte máxima, aplica-se o seguinte:
$$\tau_{Ed}\;=\frac{max\;V_{e,d}\;\cdot\;S_y}{I_y\;\cdot\;t}\;=\;\frac{310.18\;\cdot\;767.00}{19,270.00\;\cdot\;1.05}\;=\;11.76\;kN/cm²$$

Os correspondentes detalhes das tensões e do dimensionamento podem ser encontradas na tabela de resultados na resistência da secção.

Figura 06 - Janela 3.1 Dimensionamento - resumo incluindo detalhes de resistência de secção de pilar

Dimensionamento do pilar dentro do encaixe

A Figura [5] apresenta as posições relevantes de dimensionamento. O corte B-B no lado da compressão é determinante:

A tensão axial na direção X é calculada da seguinte forma:
$$\sigma_{X,d}\;=\;\frac{-N}A\;-\;\frac{M_{e,b,d}}{l_y}\;\cdot\;z_1\;=\;\frac{-396.0}{131.0}\;-\;\frac{3,897.3}{19,720.0}\;\cdot\;9.8\;=\;-5.0\;kN/cm²$$

A seguinte tensão axial atua na direção Z:
$$\sigma_{Z,d}\;=\;0.45\;\cdot\;\frac{p_{Rd}}t\;\cdot\;\alpha_b\;=\;0.45\;\cdot\;\frac{12.34}{1.05}\;\cdot\;0.55\;=\;2.90\;kN/cm²$$

A tensão de corte máxima é:
$$\tau_{Ed}\;=\;\frac{max\;V_{e,d}\;\cdot\;S_{y,1}}{I_y\;\cdot\;t}\;=\;\frac{310.18\;\cdot\;716.58}{19,270.00\;\cdot\;1.05}\;=\;10.99\;kN/cm²$$

Detalhes de dimensionamento da janela 3.1 incluindo as correspondentes tensões e relações:

Figura 07 - Janela 3.1 Dimensionamento - resumo incluindo detalhes do dimensionamento do pilar no encaixe

O programa completa o dimensionamento analisando a ligação em compressão e as soldaduras. Contudo, estes não são explicados neste artigo.

Resumo

O RF-/JOINTS Steel – Column base permite dimensionar bases de pilares articulados e encastrados. Para pilares num encaixe de betão, o módulo adicional analisa a profundidade de encaixe necessária, a resistência da secção do pilar e a resistência do pilar dentro da base em relação ao aumento da tração e tensões de compressão. A análise é completada pelo dimensionamento do betão na laje de base que se encontra comprimida, bem como o dimensionamento das soldaduras entre a laje de base e o pilar.

Referência

[1]  Kahlmeyer, E., Hebestreit, K., & Vogt, W. (2012). Stahlbau nach EC 3 (6th ed.). Cologne: Werner.
[2]  Eurocódigo 3: Projeto de Estruturas de Aço - Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifícios; EN 1993-1-1:2005 + AC:2009
[3]  Eurocódigo 3: Projeto de Estruturas de Aço - Parte 1-8: Projeto de ligações; EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[4]  Eurocódigo 3: Projeto de Estruturas de Aço - Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifícios; EN 1992-1-1:2004 + AC:2010
[5]  Manual do RF-/JOINTS. (2015). Tiefenbach: Dlubal Software. Download.

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