A resistência ao corte em bloco é calculada de forma ligeiramente diferente em cada norma. Neste exemplo, a resistência ao corte em bloco pelo CBFEM é comparada com o programa experimental descrito num relatório detalhado elaborado na Universidade de Alberta, no Canadá.

Material e geometria

Material da chapa: 350W (\(f_y = 350\,\textrm{MPa},\,f_u = 450\,\textrm{MPa}\))

Fator de resistência do aço: \(\phi=0.9\)

As propriedades reais do material são surpreendentemente inferiores aos valores nominais (a tabela foi retirada do relatório). No CBFEM, são utilizados os valores nominais com o fator de resistência.

Espessura da chapa: 6,4 mm

Parafusos: diâmetro de 1/2 pol., grau A325, diâmetro do furo = diâmetro do parafuso

O dispositivo de ensaio é composto por uma ligação reforçada (parte superior) e uma ligação de ensaio (parte inferior). No CBFEM, apenas a ligação de ensaio é modelada. A figura abaixo foi retirada do relatório.

Existiam duas variantes de geometria:

• Parafusos próximos entre si (espaçamento de 51 mm; provetes T1A, T1B e T1C)

• Parafusos com espaçamento maior, 152 mm (provetes T2B e T2C)

Resultados

A deformação do CBFEM é lida em localizações semelhantes às do ensaio, num modo de desenvolvimento onde os deslocamentos podem ser visualizados. Os valores são lidos a partir da escala, pelo que as deformações não são exatamente precisas.

As curvas carga-deformação correspondem de forma bastante próxima aos gráficos experimentais retirados do relatório. As diferenças residem nos valores nominais e no fator de resistência utilizados no CBFEM. O modelo utiliza também apenas um diagrama de material bilinear com endurecimento por deformação insignificante. Além disso, a forma deformada pelo CBFEM corresponde bem ao ensaio, e a deformação plástica está concentrada na parte superior entre os parafusos, indiciando que a rotura por tração ocorrerá antes da rotura por corte nas faces laterais. 

É importante notar que o limite de 5% de deformação plástica (ponto laranja nos gráficos abaixo) é atingido com uma deformação muito pequena e muito antes de qualquer rotura. A rotura por tração ocorre com 45% e 42% de deformação plástica para as geometrias T1 e T2B/C, respetivamente. Os planos de corte são ainda mais dúcteis, mas a resistência à carga já diminuiu significativamente.

Conclusão

No CBFEM, a resistência ao corte em bloco de um grupo de parafusos é determinada por análise de elementos finitos e verificada pelo limite de 5% de deformação plástica. Esta comparação com os resultados experimentais do relatório de investigação mostra que o diagrama carga-deformação se ajusta de forma próxima, mesmo utilizando uma malha relativamente grosseira e um modelo de material simplificado no CBFEM. Outra conclusão importante é que o limite de 5% de deformação plástica é atingido com uma deformação muito pequena, muito antes de qualquer rotura. 

O CBFEM destina-se a determinar a resistência de cálculo e não o comportamento real das ligações de forma perfeita. Embora o limite de 5% de deformação plástica seja muito conservador nestes dois casos de resistência ao corte em bloco, os utilizadores não devem aumentar este limite.

Referências:

Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Disponível em: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00