Na concepção usual para cargas estáticas, o dimensionamento de ligações em estruturas em concreto armado geralmente não é crítico e, portanto, geralmente não é necessário. No entanto, as ações sísmicas geram tensões muito elevadas no volume limitado do nó, tornando as ligações viga-pilar de grande importância para a segurança sísmica de estruturas em concreto armado.
Mecanismo de falha
A ilustração a) da figura a seguir mostra as forças atuantes em um nó de ligação interno viga-pilar sob solicitação sísmica.
As ilustrações b) e c) mostram o mecanismo de transferência de carga de cisalhamento na área do nó. Este pode ser dividido em dois componentes. No primeiro mecanismo b), o mecanismo de biela de compressão, a força de cisalhamento na junta concentra-se em uma biela de compressão diagonal de concreto comprimido. A armadura transversal proporciona confinamento ao concreto, permitindo uma maior deformabilidade da biela, mas apenas até alcançar o limite de escoamento do aço. No segundo mecanismo c), o mecanismo treliçado, a parte da força de cisalhamento devida à tensão de aderência ao longo da armadura longitudinal dentro da área do nó está em equilíbrio com um mecanismo treliçado, formado por bielas de compressão em concreto e armadura com estribos verticais e horizontais na área do nó. A resistência ao cisalhamento resulta da soma dos componentes de cisalhamento de acordo com estes dois mecanismos.
Nós de ligação internos e externos viga-pilar
Uma vez que o comportamento sísmico das ligações viga-pilar é significativamente influenciado por sua posição na estrutura em concreto armado espacial (tridimensional), é necessário distinguir entre os nós internos e externos.
A imagem a seguir ilustra os tipos de nós sísmicos.
Determinação da força de cisalhamento horizontal Vjdh no núcleo de concreto do nó
Determinação necessária para DCH
Dentro da ligação viga-pilar, ocorre uma mudança na distribuição de momentos ao longo dos pilares. Assim, o núcleo de concreto da conexão está sujeito a tensões de cisalhamento muito elevadas. Este comportamento é mostrado na imagem abaixo.
Para a determinação da força de cisalhamento horizontal atuante no núcleo da conexão entre vigas e pilares primários, devem-se adotar as condições mais desfavoráveis sob solicitação sísmica. Isto significa, por exemplo, que as capacidades das vigas da conexão devem ser combinadas com os menores valores das forças de cisalhamento nos outros elementos do pórtico. A força de cisalhamento horizontal atuante Vjdh pode ser determinada de acordo com EC8, 5.5.2.3 (1) a (3) utilizando as seguintes fórmulas.
- Para nós internos de acordo com (5.22)
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As1 |
Superfície da armadura longitudinal da viga 1 |
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As2 |
Superfície da armadura longitudinal da viga 2 |
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VC |
Esforço transversal do pilar acima do nó j na situação de dimensionamento sísmico |
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yRd |
Coeficiente de consideração da sobrerresistência; não deve ser inferior a 1,2 |
- Para nós externos de acordo com (5.23)
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As1 |
Área da armadura longitudinal de viga |
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VC |
Força de corte de apoio acima do nó j na situação de dimensionamento sísmico |
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yRd |
Coeficiente de sobrerresistência; não deve ser inferior a 1,2 |
Na determinação da força de cisalhamento horizontal Vjdh, todas as direções principais devem ser verificadas. Portanto, para a força de cisalhamento na direção, por exemplo, no eixo y do pilar, a força de cisalhamento horizontal positiva e negativa é determinada considerando os componentes de armadura correspondentes. O equilíbrio das forças na direção positiva e negativa da força de cisalhamento horizontal do nó é mostrado na figura a seguir (com a força de cisalhamento no pilar não representada).
Dimensionamento
Uma verificação da ligação é exigida conforme EC 8 para a classe de ductilidade DCH. Para isso, é necessário comprovar a resistência da seção para absorver a compressão diagonal e a tração diagonal. Regras construtivas tanto para a alta classe de ductilidade (DCH) quanto para a classe de ductilidade média (DCM) devem ser seguidas.
Verificação da compressão diagonal
Verificação necessária para DCH
É necessário assegurar que a compressão diagonal resultante no nó não exceda a resistência à compressão do concreto na presença de tensões de tração transversais. A compressão diagonal resulta do mecanismo de biela diagonal do nó. A verificação pode ser realizada utilizando as equações resumidas a seguir. (EN 1998-1, 2013, Seção 5.5.3.3, (5.33))
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bj |
Largura efetiva de apoio |
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Vjdh |
Força de corte horizontal no núcleo de betão dos nós |
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Fator de redução devido à tensão de tração na direção transversal |
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Valor relacionado da força longitudinal na situação de dimensionamento de sismos |
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hjc |
Espaçamento entre os respetivos apoios exteriores da armadura de pilares |
Largura do nó contribuinte bj
A largura do nó contribuinte bj pode ser calculada com a equação descrita a seguir. (EN 1998-1, 2013, Seção 5.5.3.3, (5.34a) e (5.34b))
Aqui, é necessário determinar as larguras do nó contribuintes em ambas as direções (y e z) do pilar verificando, se aplicável, ambas as vigas (+y e -y e +z e -z) do nó.
Verificação da tração diagonal
Verificação necessária para DCH
Regras de construção
A observar para DCM e DCH
Armadura de confinamento horizontal A armadura de confinamento horizontal nos nós de vigas e pilares primários solicitados sismicamente não deve ser inferior à armadura dos estribos nas áreas críticas dos pilares, ou seja, o estribo deve ser conduzido através do nó.
Armadura longitudinal Em cada lado, deve ser previsto pelo menos um vergalhão intermediário vertical.