Os sistemas de fixação modernos possibilitam a transferência de cargas significativas através das estruturas, e estas ligações, dada a sua importância para a segurança, devem ser dimensionadas com precisão. Uma abordagem amplamente utilizada e consolidada no cálculo de ligações aço-betão pressupõe que a chapa de fixação permanece plana e elástica sob a ação das cargas. Muito provavelmente, é desta forma que as ligações com ancoragens pós-instaladas são normalmente consideradas no dimensionamento. No entanto, tal como qualquer outro pressuposto, esta consideração deve ser verificada.

Este artigo inspira-se numa dissertação técnica publicada na Stahlbau.

Fitz, M., Appl, J. e Geibig, O. (2018), Wirklichkeitsnahe und vollständige Bemessung von Ankerplatten einschließlich der Befestigungsmittel – neue Bemessungssoftware auf Basis wirklichkeitsnaher Annahmen. Stahlbau, 87: 1179–1186. doi:10.1002/stab.201800036.

Um requisito da EN 1992-4

A secção 6.2.1(1) da EN 1992-4 refere que o cálculo das cargas de tração nas ancoragens deve considerar a rigidez da chapa de fixação. O projetista deve confirmar que a chapa permanece elástica sob ação das cargas de cálculo e que as deformações são desprezáveis, caso contrário, essas deformações devem ser consideradas na determinação das cargas de tração que atuam sobre as ancoragens.

Em outras palavras: é necessário verificar a rigidez da chapa e, se esta se revelar flexível, então o cálculo das forças de tração nas ancoragens deve ser ajustado.

O que significa chapa de fixação rígida?

No comportamento teórico de uma chapa de fixação rígida, a distribuição de cargas é simplificada ao considerar que a chapa não sofre deformações, analogamente à teoria de vigas de Euler-Bernoulli. As deformações distribuem-se linearmente na secção transversal da placa. Nesta hipótese, a distribuição de cargas sob a chapa e nas ancoragens é determinada conforme ilustrado na figura seguinte.

Forças de reação na fixação devido a momento fletor, tração ou compressão numa chapa de fixação rígida 

Esta teoria simplificada de vigas é amplamente aceite pelos engenheiros civis, principalmente porque demonstra que a secção transversal não se deforma para elementos de viga com grande extensão longitudinal. No entanto, isso nem sempre se verifica para uma chapa de fixação em aço, onde a dimensão longitudinal é representada pela espessura da chapa.

Vamos analisar as três principais consequências de aplicar incorretamente a teoria da chapa rígida a uma chapa de fixação com rigidez insuficiente.

Consequência 1: Cargas mais elevadas nas ancoragens e maior tensão instalada no betão

Se, contrariamente ao pressuposto, for utilizada uma chapa de fixação flexível, poderá levar a uma redução no braço de alavanca resistente da ligação e, consequentemente, a cargas mais elevadas nas ancoragens. Os cantos da chapa podem ser comprimidos contra o betão, induzindo forças adicionais por efeito de alavanca (prying forces) que, por sua vez, aumentam a força de tração nas ancoragens.

A redução do braço da alavanca numa chapa de fixação flexível resulta em cargas de tração mais elevadas nas ancoragens e forças de efeito alavanca no betão. 

Estas forças por efeito de alavanca também podem ocorrer em casos de saliências maiores em chapas de fixação flexíveis, sujeitas a cargas de tração, onde a deformação da chapa leva a uma sobrecarga e rotura prematura de uma das ancoragens do grupo.

Numa chapa de fixação flexível sujeita a tração, as forças por efeito de alavanca são equilibradas por um aumento da carga de tração nas ancoragens.

Além disso, no caso de uma chapa não rígida sob cargas predominantemente de compressão, a distribuição de tensões no betão sob a chapa pode resultar em valores superiores aos calculados quando se assume um comportamento rígido da chapa de fixação.

Numa chapa de fixação flexível sujeita a compressão, a distribuição de tensões resulta em cargas mais concentradas no betão. 

Consequência 2: Subestimação da deformação no SLS

As chapas de fixação não rígidas tendem a apresentar maior deformação do que as chapas rígidas. No caso de uma viga em consola, uma chapa de fixação não rígida resultará num maior deslocamento, devido à maior rotação da base. Como engenheiro, deve considerar este fator na avaliação ao nível do Estado Limite de Serviço (SLS), especialmente em aplicações em consola e autoportantes.

Deslocamento da viga em consola no caso de chapa de fixação rígida e não rígida

A solução

Deve estar claro que a avaliação da rigidez da chapa é crítica para a segurança da aplicação. Apesar disso, não há regras claras na literatura sobre como validar corretamente este requisito. Por isso, este passo é geralmente omitido ou são apenas consideradas avaliações qualitativas da geometria da chapa e da disposição dos rigidificadores.

É bastante simples: a análise por FEM (Método dos Elementos Finitos) é o método mais fiável para uma avaliação realista da rigidez da chapa de fixação e para garantir um dimensionamento adequado de toda a ligação.

Com o PROFIS Engineering, será possível calcular chapas considerando a flexibilidade e o comportamento real dos componentes modulares da chapa. Esta ferramenta permite uma verificação precisa de todos os componentes de uma ligação, combinando o método dos componentes, comum na construção metálica, com um cálculo avançado por FEM baseado em componentes (CBFEM).

Mais informações sobre o caso técnico e as soluções podem ser encontradas na publicação técnica mencionada acima. Temos disponível também um Webinar em parceria com a Construsoft.

Se necessitar de algum esclarecimento adicional, pode contactar a nossa Equipa de Engenharia de Apoio Técnico para assistência e apoio, através do e-mail: engenharia.pt@hilti.com

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